Създаване на нови симулации на черни дупки с Codex
Изчислителен астрофизик изследва границите на познатата вселена, докато работи за създаването на първото движещо се изображение на черна дупка.
„Тези инструменти променят начина, по който правим наука, по много фундаментален начин.“
Изучаване на края на вселената
Черните дупки съществуват на края на нашата вселена и са трудни за изучаване небесни обекти за астрономите. Те не излъчват светлина, не могат да бъдат заснети директно, защото са толкова далеч — за да видите една, ще ви трябва телескоп с размера на Земята — а физиката, която ги управлява, невинаги съвпада с настоящото ни разбиране.
Нищо от това не е новина за изчислителния астрофизик Chi-kwan „CK“ Chan. CK, професор в Университета на Аризона, изучава черни дупки от над 20 години. През 2019 г. той беше част от колаборацията Event Horizon Telescope, която създаде първото изображение на черна дупка. Тази година, с подкрепата на National Science Foundation(отваря се в нов прозорец), те преследват още по-амбициозна цел: създаването на първото движещо се изображение на черна дупка.
CK събира данни от 12-метровия радиотелескоп на Arizona Radio Observatory в Националната обсерватория Kitt Peak.
„Първоначално черните дупки се основаваха на теория. Затова е изключително вълнуващо, че можем да ги наблюдаваме.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
За да разберем какво липсва, трябва да изградим по-добри модели: математически приближения, които описват как се държи материята при екстремни условия. Но тези уравнения са изключително сложни. Дори най-големите суперкомпютри се затрудняват да ги решат, а разработването на нови подходи може да отнеме години работа. Затова CK се обърна към Codex, за да помогне за ускоряването на този процес.
„Щяха да ми трябват десет дни, за да измисля десет нови приближения. С Codex това може да стане за минути.“
CK изписва приближение, което студентите му да прегледат.
CK води групова дискусия със своите студенти в Университета на Аризона.
Ръкописно математическо приближение от CK.
Нови технологии, нови подходи
Тъй като черните дупки съществуват толкова далеч от Земята, единственият начин да ги изучаваме е чрез измерване на плазмата, която пада в тях. CK създава симулации на плазмата и след това ги сравнява с наблюдателните данни, събрани от телескопите. „Симулациите обаче не са достатъчни“, казва CK. „Когато сравним симулацията с наблюдението, осъзнаваме, че плазмата около черните дупки е с много ниска плътност, така че не можем наистина да приближим плазмата като флуид.“ Единственият начин CK да ги симулира правилно е да проследява отделните електрони и йони. „А това е просто изчислително нерешим проблем.“
CK използва Codex, за да намира нови числени алгоритми, които да му помогнат да създава по-бързи и по-стабилни симулации, като внедрява умение за Агент, което е написал. „С Codex вече можем автоматично да откриваме нови координатни преобразувания и алгоритми, които могат да ускорят тези изчисления 1000 пъти. Това ни позволява да правим симулации, които преди не бяха възможни.“
CK все още трябва да внедрява и проверява всяко приближение, което Codex създава, но този подход ускори работния му процес и му позволява да отделя повече време на изследванията. (Научете повече за науката зад черните дупки и работата на CK.)
„Много дълго време астрономите и учените трябваше да бъдат отлични разработчици, за да решават нашите проблеми. AI ни позволява да се съсредоточим отново върху научните въпроси вместо върху писането на код.“
12-метровият радиотелескоп Kitt Peak Arizona Radio Observatory е една от единадесетте обсерватории в мрежата Event Horizon Telescope.
Codex помага на CK да преглежда научен код и да открива грешки в статистиката и числените методи, като му помага да постига по-надеждни резултати.
CK в контролната зала на 12-метровия радиотелескоп на Arizona Radio Observatory.
Бъдещето на откритията
CK и екипът на Event Horizon Telescope в момента събират данни за черни дупки; те се надяват да публикуват първото движещо се изображение някъде през 2027 г. CK е развълнуван от това, което може да научи. „Ако успешно заснемем това първо видео на черна дупка, то ще открие нова ера в астрофизиката на черните дупки на мащаба на хоризонта и във времевата област“, казва той. „То ще ни позволи да изучаваме как се държи плазмата в някои от най-екстремните среди във вселената.“
„Ако сте любопитни към света около вас, просто ще продължите да търсите нови отговори. И така учим. Така развиваме технологиите си, развиваме цивилизацията си.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
CK с Ram, Nayera и Hayden, трима от неговите студенти от Университета на Аризона, които също работят по анализа на данни за черни дупки и създаването на нови симулации.
„Идвам от обикновено семейство в Хонконг. Затова се чувствам невероятен късметлия, че мога да работя на предната линия на изследванията на черни дупки.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
„Хората са изследователи. А астрономията е нашата крайна граница на изследване. Така човешкото знание може да достигне края на вселената.“