Stvaranje novih simulacija crnih rupa uz Codex
Računarski astrofizičar istražuje rubove poznatog svemira dok radi na stvaranju prve pokretne slike crne rupe.
„Ovi alati mijenjaju način na koji se bavimo naukom na vrlo fundamentalan način.“
Proučavanje ruba svemira
Crne rupe postoje na rubu našeg svemira i astronomima su teški nebeski objekti za proučavanje. Ne emituju svjetlost, ne mogu se direktno snimiti jer su toliko daleko — trebao bi vam teleskop veličine Zemlje da vidite jednu — a fizika koja njima upravlja ne poklapa se uvijek s našim trenutnim razumijevanjem.
Ništa od ovoga nije novost za računarskog astrofizičara Chi-kwana „CK“ Chana. CK, profesor na Univerzitetu u Arizoni, proučava crne rupe više od 20 godina. Godine 2019. bio je dio saradnje Event Horizon Telescope koja je proizvela prvu sliku crne rupe. Ove godine, uz podršku Nacionalne naučne fondacije(otvara se u novom prozoru), teže još ambicioznijem cilju: stvaranju prve pokretne slike crne rupe.
CK prikuplja podatke s radioteleskopa od 12 m u Arizona Radio Observatory pri Nacionalnom opservatoriju Kitt Peak.
„Crne rupe su prvobitno bile zasnovane na teoriji. Zato je izuzetno uzbudljivo što ih možemo posmatrati.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
Razumijevanje onoga što nedostaje zahtijeva izgradnju boljih modela: matematičkih aproksimacija koje opisuju kako se materija ponaša u ekstremnim uslovima. Ali ove jednačine su nevjerovatno složene. Čak se i najveći superračunari muče da ih riješe, a razvoj novih pristupa može zahtijevati godine rada. Zato se CK okrenuo Codex da pomogne ubrzati ovaj proces.
„Trebalo bi mi deset dana da smislim deset novih aproksimacija. Uz Codex, to se može uraditi za nekoliko minuta.“
CK ispisuje aproksimaciju koju će njegovi studenti pregledati.
CK vodi grupnu diskusiju za svoje studente na Univerzitetu u Arizoni.
Rukom pisana matematička aproksimacija od CK-a.
Nova tehnologija, novi pristupi
Budući da crne rupe postoje tako daleko od Zemlje, jedini način da ih proučavamo jeste mjerenje plazme koja pada u njih. CK stvara simulacije plazme, a zatim ih poredi s posmatračkim podacima prikupljenim na teleskopima. „Međutim, simulacije nisu dovoljne“, kaže CK. „Kada uporedimo simulaciju s posmatranjem, shvatamo da je plazma oko crnih rupa vrlo niske gustine, pa je zapravo ne možemo aproksimirati kao fluid.“ Jedini način da ih CK pravilno simulira jeste praćenje pojedinačnih elektrona i iona. „A to je jednostavno računski nerješiv problem.“
CK koristi Codex da pronađe nove numeričke algoritme koji mu mogu pomoći da stvara brže i stabilnije simulacije primjenom agent vještine koju je napisao. „Uz Codex sada možemo automatski otkrivati nove transformacije koordinata i algoritme koji mogu ubrzati ove proračune 1000 puta. To nam omogućava da radimo simulacije koje ranije nisu bile moguće.“
CK i dalje mora implementirati i provjeriti svaku aproksimaciju koju Codex kreira, ali ovaj pristup je ubrzao njegov tok rada i omogućava mu da više vremena posveti istraživanju. (Saznajte više o nauci koja stoji iza crnih rupa i CK-ovog rada.)
„Vrlo dugo su astronomi i naučnici morali biti izvrsni programeri kako bi riješili naše probleme. AI nam omogućava da se ponovo fokusiramo na naučna pitanja umjesto na dio koji se odnosi na kodiranje.“
Radioteleskop od 12 m Kitt Peak Arizona Radio Observatory jedan je od jedanaest opservatorija u mreži Event Horizon Telescope.
Codex pomaže CK-u da pregleda naučni kod i uoči greške u statistici i numeričkim metodama, što mu pomaže da dobije pouzdanije rezultate.
CK u kontrolnoj sobi radioteleskopa od 12 m u Arizona Radio Observatory.
Budućnost otkrića
CK i tim Event Horizon Telescope trenutno prikupljaju podatke o crnim rupama; nadaju se da će prvu pokretnu sliku objaviti negdje tokom 2027. CK je uzbuđen zbog onoga što bi mogao naučiti. „Ako uspješno snimimo ovaj prvi video crne rupe, otvorit će se nova era astrofizike crnih rupa na skali horizonta i u vremenskoj domeni“, kaže on. „Omogućit će nam da proučavamo kako se plazma ponaša u nekim od najekstremnijih okruženja u svemiru.“
„Ako ste znatiželjni o svijetu oko sebe, jednostavno ćete nastaviti tražiti nove odgovore. I tako učimo. Tako unapređujemo našu tehnologiju, unapređujemo našu civilizaciju.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
CK s Ramom, Nayerom i Haydenom, troje svojih studenata s Univerziteta u Arizoni koji također rade na analizi podataka o crnim rupama i stvaranju novih simulacija.
„Dolazim iz skromne porodice u Hong Kongu. Zato se osjećam nevjerovatno sretnim što mogu raditi na samoj granici istraživanja crnih rupa.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
„Ljudi su istraživači. A astronomija je naša krajnja granica istraživanja. Zato je ovo jedan od načina da ljudsko znanje dosegne rub svemira.“