AI가 검증했다… “블랙홀 첫 사진 도넛 고리는 진짜” [유용하 과학전문기자의 사이언스 톡]

망원경 오차 상쇄한 호주팀
이미지 재구성 유사도 99%

공개된 2017년 4월 11일 자 사건지평선망원경(EHT) 데이터셋을 활용해 인공지능으로 재해석한 블랙홀 이미지. 호주 연방과학산업연구기구(CSIRO) 제공

2019년 4월 공개된 인류 최초 블랙홀 사진은 발표 이후 논란에 휩싸였습니다. 사진 속 도넛 모양의 고리가 실제 모습이 아니라 분석 과정이 만든 허상일 수 있다는 반론이 계속됐기 때문입니다. 놀랍게도 7년 동안 이어진 이 논쟁에 대해 인공지능(AI)이 사실상 종지부를 찍었습니다.

호주 연방과학산업연구소, 서호주대 공동 연구팀은 블랙홀을 한 번도 본 적이 없는 생성형 AI가 공개 데이터를 바탕으로 처녀자리 은하 M87 중심의 초대질량 블랙홀 ‘M87’ 이미지를 재구성한 결과 관측한 것과 똑같이 도넛 형태가 나왔습니다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 11월 12일 자에 실렸습니다.

블랙홀 사진은 세계 곳곳의 전파망원경을 엮어 지구 크기의 가상 망원경처럼 쓰는 사건지평선망원경(EHT)으로 찍었습니다. 문제는 망원경들이 수천㎞씩 떨어져 있어 장비와 지구 대기에서 생긴 오차가 사진 정확도를 좌우할 수 있다는 점입니다.

연구팀은 망원경 세 곳의 신호를 삼각형으로 엮어 각 망원경의 오차가 저절로 상쇄되는 관측값인 ‘클로저 불변량’을 활용했습니다. 여기에 직접 개발한 생성형 AI ‘젠디렉트’를 결합했습니다. 문장을 조건으로 이미지를 생성하는 AI처럼 관측값을 조건으로 블랙홀 이미지를 그려내는 방식입니다. 이 AI는 개나 비행기 같은 일상 사진으로 학습해 블랙홀 모양에 대한 선입견이 없으며 사람이 출발 이미지를 정해줄 필요도 없습니다. 이 AI는 퀘이사 3C 279와 전파은하 센타우루스A의 EHT 사진을 각각 98%, 91% 유사도로 재현해 성능을 검증받았습니다.

연구팀은 확증 편향을 막기 위해 AI가 모든 내부 검증을 통과한 뒤에야 실제 블랙홀 데이터를 처음 보도록 했습니다. 분석 대상은 2017, 2018, 2021년에 관측된 공개 데이터였고 데이터마다 이미지 약 300장을 만들어 비교했습니다.

그 결과 8개 데이터 모두에서 지름 40~43마이크로초각(μas·1초각의 100만분의 1)의 고리가 나타났습니다. 평균 42.2μas로 2019년 발표값과 사실상 같은 크기입니다. ‘이미지 범위를 넓히면 고리가 사라진다’는 반론과 달리 관측 품질이 좋은 날의 데이터에서는 범위를 3.5배 넓혀도 고리는 그대로였습니다. 원래 사진과의 유사도는 최대 99%에 달했습니다.

고리 크기로 계산한 블랙홀 질량은 태양의 65억배였습니다. 그동안 M87 블랙홀 질량은 주변 별의 움직임으로 재면 66억배, 가스의 움직임으로 재면 35억배로 크게 엇갈렸는데 이번 결과는 별 기반 측정값을 지지한 것입니다.

유용하 과학전문기자