AIが新種の超新星を発掘：星とブラックホールの衝突から

音楽推薦エンジンに似た人工知能システムによって可能になった画期的な天文学的発見が、全く新しい種類の超新星を明らかにしたかもしれません。この天体爆発は2023年7月に観測され、SN 2023zkdと名付けられました。これは、巨大な星が近くのブラックホールを飲み込もうとした結果として起こった、劇的な最期であると考えられています。

この超新星は、カリフォルニア州パロマー天文台から運用されている包括的な全天調査施設であるズウィッキー・トランジェント・ファシリティ（Zwicky Transient Facility）によって最初に検出されました。重要なことに、この検出は偶然ではありませんでした。ズウィッキー施設は、ライトカーブ異常識別・類似性検索（LAISS）と呼ばれる高度なアルゴリズムによって、この現象に特化して指示されたのです。このAIは、Spotifyの音楽推薦システムと同じ原理に基づいてモデル化されており、膨大な量の天文データをふるいにかけて夜空の異常な活動を正確に特定することに優れています。これは、Spotifyがユーザーの聴取習慣に基づいて新しい曲を提案するのと非常によく似ています。

超新星の早期検出は、科学者がその爆発的な発生から最終的な消滅までの完全なライフサイクルを理解するために不可欠です。研究の共同主著者であるAI・基礎相互作用研究所のポスドク研究員アレックス・ガリアーノと、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターの超新星研究者で助教授のアシュリー・ビラーによると、今回の場合、LAISSは実際の爆発の数ヶ月前に、星の光のシグネチャにおける異常な増光をフラグ付けしました。このタイムリーな警告により、主要な観測所のネットワークがその装置を発生中の現象に向け、広範な光の波長にわたる豊富なデータを収集することができました。

天文学者たちは、何が起こったのかについていくつかの理論を提唱していますが、最も説得力のある証拠は、SN 2023zkdが地球から約7億3000万光年離れたブラックホールを周回する大質量星から生じたことを示唆しています。これらの2つの天体が螺旋状に接近するにつれて、星は途方もない重力にさらされました。有力な仮説は、この極度のストレス下で星がブラックホールを効果的に吸収しようとし、その結果として壊滅的な爆発を引き起こしたと提唱しています。「スパゲッティ化」（ブラックホールの巨大な重力が星を引き裂く現象）として知られる別の可能性も考慮されましたが、収集されたデータはこのシナリオをそこまで強く支持していません。

大質量星の化学組成のさらなる分析により、その最期を迎える前に外層をすべて脱ぎ捨てていなかったことが明らかになりました。ガリアーノが指摘するように、この発見は、連星系における相互作用がこれまで考えられていたよりも複雑で「ごちゃごちゃしている」ことを示唆しています。伴星の相互作用が大質量星の爆発にどのように影響するかを理解することは、現在の天文学モデルにとって依然として大きな課題です。ガリアーノは、このような観測された現象が稀であることを認めつつも、データが連星系の関与を強く示しており、星とブラックホールの相互作用が非常に高い可能性を示していると強調しました。

LAISSの力は、天体の光の特性を既知の現象の広範な参照データベースと比較することで、統計的外れ値を特定する能力にあります。LAISSが有望な候補を特定すると、自動ボットが専用のメッセージチャネルを介して天文学者にアラートを送信し、最も説得力のある珍しい発見の迅速な調査を促進します。

SN 2023zkdの光パターン自体が非常に珍しいことが判明しました。当初、それは典型的な超新星のように明るくなり、その後暗くなりました。しかし、その後再び明るくなり、大きな注目を集めました。さらに、アーカイブデータは爆発前の特異な挙動を明らかにしました。長期間にわたって一定の明るさを維持していた星が、爆発前の4年間で徐々に明るくなっていたのです。科学者たちは、この爆発前の増光は、星が放出していた過剰な物質に由来すると理論化しています。爆発後のその後の明るさのピークは、超新星の衝撃波が周囲の低密度ガス、そして高密度の塵雲と連続的に衝突したときに発生した可能性が高いです。

ブラックホールの存在は、周囲のガスと塵の複雑な構造だけでなく、爆発に至るまでの数年間に観測された特異な星の増光からも推測されました。LAISSの助けがなければ、周囲のディスクとブラックホールの伴星のこれらの重要な初期の兆候は見逃されていた可能性が高いでしょう。LAISSのようなAIシステムは、天文学者が偶然に頼ることなく、珍しい爆発を継続的に発見し、その起源を追跡することを可能にするため、ますます不可欠になっています。この画期的な研究の成果は、8月13日に『アストロフィジカル・ジャーナル（The Astrophysical Journal）』に正式に発表されました。