AIは宇宙の雑然とした中から高速電波バーストを嗅ぎ分ける能力で宇宙科学者に勝る

AIは天文学者が高速電波バーストを発見するのに役立っています。高速電波バーストは宇宙では非常にまれにしか見られない新しいタイプの物体から発せられる謎の信号の一種で、科学者たちはいまだに分類を試みています。

高速電波バースト（FRB）の研究は困難です。10年以上前に発見されて以来、確認された事例はわずか30件程度と、それほど頻繁に発生するものではありません。また、この高エネルギーのフレアは、空に浮かぶほんの一瞬の閃光に過ぎず、持続時間はわずか数ミリ秒です。

幸運なことに、科学者たちはこれまで発見された中で最も興味深い電波バーストの一つを捉えることに成功しました。コードネームFRB 121102と呼ばれるこの電波バーストは、地球から30億光年離れた場所にあり、現在この電波バーストを繰り返し発信していることが知られている唯一の天体です。

研究者グループは、地球外知的生命体を発見することに焦点を当てた非営利研究機関であるSETI研究所が立ち上げたブレークスルー・リッスン・プロジェクトの一環として、FRB 121102の研究に全力を尽くすことを決めた。

研究チームは、バージニア州のグリーンバンク望遠鏡観測所から取得したデータを畳み込みニューラルネットワーク（CNN）を用いて解析し、これまで見逃していた可能性のあるバーストがさらに発見できるかどうかを確認した。このシステムには、信号の周波数と持続時間を示す一連のスペクトログラムが入力された。実際のFRBは稀であるため、研究チームは約40万枚の画像からなる学習用データセットを作成し、データのシミュレーションを行った。このデータセットの半分にはシミュレーションされたパルスが含まれ、残りの半分には含まれていない。

これらの偽のスペクトログラムはCNNに入力され、FRBに最もよく見られるパターンと特徴を学習しました。CNNにBreakthrough Listenプロジェクトからの実際のデータを与えると、FRB 121102から72個の新たな信号が発見されました。

「これまで報告された21のパルスと合わせると、今回の観測は、FRB 121102の単一の観測によるパルスとしては最多となり、5時間で合計93のパルスを記録した。そのうち45のパルスは最初の30分以内のものだった」と、アストロフィジカル・ジャーナルに受理された論文（無料版はこちら）には記されている。

「この研究は、高速電波バーストの動的な挙動をより詳細に理解するのに役立つだけでなく、機械学習を使用して従来のアルゴリズムでは見逃されていた信号を検出する可能性を示している点でも非常に興味深い」と、論文の共著者であり、バークレーSETI研究センター所長、ブレイクスルー・リッスンの主任研究員でもあるアンドリュー・シーミオン氏は述べた。

AIと天文学は活発な研究分野です。ニューラルネットワークは、銀河が現在も活発に星形成を行っているかどうかの確認、太陽系外惑星における地球外生命の存在確率の測定、重力レンズの発見、さらには極めて稀な超高速星の発見などに利用されてきました。

この新たなデータは、科学者がFRBの起源をより深く理解するのに役立つでしょう。この天体が何であるかについては様々な説があり、新しいタイプの超新星、中性子星、あるいは地球外生命の兆候である可能性さえあると考える人もいます。

「FRB自体が最終的に地球外技術の兆候であるかどうかにかかわらず、ブレークスルー・リッスンは、私たちの周りの宇宙についての理解における新しい、そして急速に成長している分野の限界を押し広げるのに役立っています」と、論文の共著者であり、カリフォルニア大学バークレー校の博士課程の学生であるジェリー・チャンは述べています。®