Creació de noves simulacions de forats negres amb Codex
Un astrofísic computacional explora els límits de l’univers conegut mentre treballa per construir la primera imatge en moviment d’un forat negre.
“Aquestes eines estan canviant d’una manera molt fonamental la manera com fem ciència”.
Estudiant els confins de l’univers
Els forats negres existeixen al límit del nostre univers i són objectes celestes difícils d'estudiar per als astrònoms. No emeten llum i no es poden capturar directament perquè són massa lluny —necessitaries un telescopi de la mida de la Terra per veure’n un— i la física que els governa no sempre encaixa amb la nostra comprensió actual.
Res d’això no és cap novetat per a l’astrofísic computacional Chi-kwan «CK» Chan. CK, professor de la Universitat d’Arizona, fa més de 20 anys que estudia els forats negres. El 2019, va formar part de la col·laboració Event Horizon Telescope, que va produir la primera imatge d’un forat negre. Enguany, amb el suport de la National Science Foundation(s'obre en una finestra nova), persegueixen un objectiu encara més ambiciós: crear la primera imatge en moviment d’un forat negre.
CK recull dades del radiotelescopi de 12 m de l’Observatori Radioastronòmic d’Arizona, situat a l’Observatori Nacional de Kitt Peak.
“Els forats negres originalment es basaven en la teoria. Així que és molt emocionant que puguem observar-los”. —Chi-kwan “CK” Chan
Per entendre què falta cal construir models millors: aproximacions matemàtiques que descriguin com es comporta la matèria en condicions extremes. Però aquestes equacions són increïblement complexes. Fins i tot els superordinadors més grans tenen dificultats per resoldre’ls, i desenvolupar nous enfocaments pot requerir anys de feina. Així doncs, CK va recórrer a Codex per ajudar a accelerar aquest procés.
“Em caldrien deu dies per trobar deu aproximacions noves. Amb Codex, això es pot fer en qüestió de minuts.”
CK escrivint una aproximació perquè els seus estudiants la revisin.
CK dirigeix una discussió en grup per als seus estudiants a la Universitat d'Arizona.
Una aproximació matemàtica manuscrita de CK.
Nova tecnologia, nous enfocaments
Com que els forats negres existeixen tan lluny de la Terra, l’única manera d’estudiar-los és mesurant el plasma que hi cau. CK crea simulacions del plasma i després les compara amb les dades observacionals obtingudes amb els telescopis. “Tanmateix, les simulacions no arriben prou lluny”, diu CK. “Quan comparem la simulació amb l’observació, ens adonem que el plasma al voltant dels forats negres és de densitat molt baixa, de manera que no podem realment aproximar el plasma com un fluid”. L’única manera que té CK de simular-los correctament és fent el seguiment dels electrons i ions individuals. "I això és, senzillament, un problema computacionalment intractable".
CK utilitza Codex per trobar nous algorismes numèrics que poden ajudar-lo a crear simulacions més ràpides i més estables mitjançant la implementació d’una habilitat d’agent que ell mateix va escriure. “Amb Codex ara podem descobrir automàticament noves transformacions de coordenades i algorismes que poden accelerar aquests càlculs 1000 vegades. Ens permet fer simulacions que abans no eren possibles”.
CK encara ha d’implementar i verificar cada aproximació que Codex crea, però aquest enfocament ha accelerat el seu flux de treball i li permet dedicar més temps a la recerca. (Go en la ciència que hi ha darrere dels forats negres i en el treball de CK.)
“Durant molt de temps, els astrònoms i els científics havien de ser desenvolupadors excel·lents per poder resoldre els nostres problemes. La IA ens permet tornar a centrar-nos en les qüestions científiques en lloc de en la part de programació”.
El radiotelescopi de 12 m de l’Observatori Radioastronòmic de Kitt Peak, a Arizona, és un dels onze observatoris de la xarxa Event Horizon Telescope.
Codex ajuda CK a revisar codi científic i a detectar errors d’estadística i de mètodes numèrics, cosa que li permet obtenir resultats més fiables.
CK a l’interior de la sala de control del radiotelescopi de 12 m de l’Observatori de Ràdio d’Arizona.
El futur de la descoberta
CK i l’equip de l’Event Horizon Telescope estan recollint actualment dades sobre forats negres; esperen publicar la primera imatge en moviment en algun moment del 2027. CK està entusiasmat pel que podria aprendre. “Si aconseguim capturar aquest primer vídeo d’un forat negre, obrirà una nova era de l’astrofísica dels forats negres a escala de l’horitzó d’esdeveniments i en el domini temporal”, diu. “Ens permetrà estudiar com es comporta el plasma en alguns dels entorns més extrems de l’univers”.
“Si sents curiositat pel món que t’envolta, continuaràs buscant noves respostes. I així és com aprenem. Així és com fem avançar la nostra tecnologia, com hem fet avançar la nostra civilització”. —Chi-kwan “CK” Chan
CK Chan amb Ram, Nayera i Hayden, tres dels seus estudiants de la Universitat d'Arizona que també treballen en l’anàlisi de dades de forats negres i en la creació de noves simulacions.
“Soc d’una família humil de Hong Kong. Així que sento que tinc una sort increïble de poder treballar en la recerca d'avantguarda sobre forats negres”. —Chi-kwan “CK” Chan
“Els humans som exploradors. I l’astronomia és la nostra última frontera en matèria d’exploració. Així doncs, aquesta és una manera que el coneixement humà arribi als confins de l’univers”.