AIが解き明かすブラックホールの謎：宇宙の姿がより鮮明に
遠い宇宙の果てに、光さえも逃れられない「ブラックホール」という不思議な天体が存在することをご存知でしょうか。私たちの天の川銀河の中心にも、太陽の数百万倍もの質量を持つ「超大質量ブラックホール」が潜んでいます。これまでその姿を捉えることは非常に困難でしたが、近年、最新技術である「人工知能（AI）」の力が、この宇宙の謎に迫る新たな扉を開こうとしています。
最先端の科学技術が、宇宙の最も神秘的な領域の解明にどう貢献しているのか、本稿ではWIREDの報道を元にその可能性を探ります。
AIがブラックホール研究の最前線へ
ブラックホールの全貌を明らかにする望遠鏡はまだ存在しませんが、このたびAIがその役割を担うようになりました。国際的な天文学者チームは、ニューラルネットワークと呼ばれる一種のAIを、数百万ものブラックホールのシミュレーションデータで学習させることに成功しました。これにより、実際の観測で得られる、これまで解釈が難しかった不鮮明なデータをAIが分析し、ブラックホールの秘密を解き明かすことができるようになりました。
イベントホライズンテレスコープ（EHT）とAIの連携
ブラックホールを観測する方法の中で、最も有名なのがイベントホライズンテレスコープ（EHT）です。EHTは、ひとつの巨大な望遠鏡ではなく、世界中に点在する複数の電波望遠鏡をまるで一つの地球サイズの望遠鏡のように連携させて観測を行う国際プロジェクトです。このEHTの活躍により、これまでにM87といて座A*という超大質量ブラックホールの「画像」が得られました。これは、私たちが想像する写真のようなものではなく、ブラックホールから放出される電波を可視化したものです。
しかし、これらの画像を作り出す過程では、世界各地のスーパーコンピューターが電波信号を処理していましたが、データの多くは解釈が困難なために破棄されていました。しかし今回、米ウィスコンシン州のモーグリッジ研究所の専門家たちが開発した新しいニューラルネットワークは、この破棄されていた膨大なデータに再び光を当て、EHTの観測結果の解像度を向上させ、新たな発見を促すことを目指しています。
いて座A*の新たな秘密が明らかに
モーグリッジ研究所のプレスリリースによると、このAIは以前は破棄されていた情報をうまく分析し、天の川銀河の中心に位置するいて座Aの新しいパラメーター（特徴を示す数値）を特定することに成功しました。これにより、いて座Aの構造の「もう一つの画像」が生成され、これまで知られていなかったブラックホールのいくつかの特徴が明らかになりました。
この新たな画像から、研究者たちは「天の川銀河の中心にあるブラックホールが、ほぼ最高速度で回転している」と推測しています。また、ブラックホールの自転軸が地球の方向を向いていることも示唆されており、ブラックホールを取り巻く物質の円盤の発生原因や特徴についても手がかりを与えています。
これまで天文学者たちは、いて座A*が中程度から速い速度で回転していると推定していましたが、その正確な回転速度を知ることは非常に重要です。回転速度が分かれば、ブラックホール周囲の放射線がどのように振る舞うかを推測でき、その安定性についての重要な手がかりも得られます。
「私たちが定説に逆らっていることは、もちろんエキサイティングです」と、オランダのラドバウド大学ナイメーヘンの主任研究員であるミヒャエル・ヤンセン氏はプレスリリースで述べています。「しかし、私は今回のAIと機械学習のアプローチを、未来のモデルやシミュレーションの改良と拡張に向けた第一歩だと考えています。」
専門用語をわかりやすく解説
- ブラックホール: 非常に強い重力を持つ天体で、一度その中に入ると、光さえも外に出ることができません。宇宙の掃除機のような存在とも言えます。
- 超大質量ブラックホール: 銀河の中心に位置し、太陽の数百万倍から数十億倍もの重さを持つ、特に巨大なブラックホールです。
- 人工知能（AI）: 人間の知的な活動、例えば学習、推論、問題解決などをコンピューターで行う技術です。データからパターンを学び、予測や判断を行うことができます。
- ニューラルネットワーク: AIの一種で、人間の脳の神経回路（ニューロン）の仕組みを真似て作られています。大量のデータを学習することで、複雑な関係性やパターンを認識し、推論する能力を持っています。
- イベントホライズンテレスコープ（EHT）: 地球上の複数の電波望遠鏡を同期させ、仮想的に地球サイズの巨大な望遠鏡を作り出すプロジェクト。これにより、遠い宇宙のブラックホールの「事象の地平面」（ブラックホールから光さえも逃れられなくなる境界）の周りの影を観測することができます。
- いて座A*: 私たちの住む天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホールの名前です。
日本と宇宙科学、そしてAIの未来
今回のAIを活用したブラックホールの研究は、日本にとっても深い関連性があります。日本は、国立天文台や宇宙航空研究開発機構（JAXA）をはじめとする研究機関が、長年にわたり宇宙科学の分野で世界をリードしてきました。例えば、EHTプロジェクトにも日本の研究者が深く関わっており、アルマ望遠鏡など日本の協力によって建設された高性能な望遠鏡も、EHTの観測網の一部として活躍しています。
また、AI技術の開発と活用は、日本が国家戦略として力を入れている分野です。製造業や医療分野でのAI導入はもちろん、このような基礎科学分野への応用も、日本の技術力の高さを世界に示す良い機会となります。今回の研究は、AIが単なるビジネスツールにとどまらず、人類未踏の領域を解明する「科学の眼」としての可能性を秘めていることを示しています。
将来的には、日本のAI研究者と天文学者が連携を深め、独自のアルゴリズム開発やデータ解析技術をさらに発展させることで、ブラックホール研究の進展に貢献できるでしょう。宇宙の謎を解き明かすことは、私たちがどこから来て、宇宙がどのように進化してきたのかという根源的な問いに対する答えを探す旅であり、それは人類共通の知的探求です。この探求に、日本も積極的に貢献していくことが期待されます。
これからの宇宙探求にAIが不可欠に
今回の研究は、私たちがこれまで観測できなかった宇宙の奥深くにAIが新たな光を当てる可能性を示しました。ブラックホールの画像化において、従来の解析方法では破棄されていた不鮮明なデータから、いて座A*がほぼ最高速度で回転し、その自転軸が地球を向いているという驚くべき事実がAIによって導き出されたことは、まさに画期的な進歩です。
この発見は、ブラックホール周辺の放射線の振る舞いや、ブラックホール自体の安定性についての理解を深める重要な手がかりとなります。そして、主任研究員のミヒャエル・ヤンセン氏が語るように、これはAIと機械学習を用いた宇宙科学研究の「第一歩」に過ぎません。今後は、さらに多くのシミュレーションデータでAIを訓練し、その解析能力を高めることで、ブラックホールのさらなる謎、例えばどのようにして巨大化するのか、宇宙の構造形成にどう関わっているのかといった、根本的な問いへの答えが導き出されるかもしれません。
AIは、膨大な情報の中から人間が見落としがちなパターンや関連性を見つけ出す能力に長けています。これからの宇宙科学、特に天体観測においては、AIがデータの処理と解析において必要不可欠な存在となるでしょう。宇宙の神秘を解き明かす私たちの旅は、AIという強力な相棒を得て、ますます加速していくことでしょう。私たちは、この技術の進化がもたらす、まだ見ぬ宇宙の姿に注目し続ける必要があります。
