Vytváření nových simulací černých děr s Codexem
Výpočetní astrofyzik zkoumá okraje známého vesmíru a pracuje na vytvoření prvního pohyblivého obrazu černé díry.
„Tyto nástroje zásadním způsobem mění to, jak děláme vědu.“
Studium okraje vesmíru
Černé díry existují na okraji našeho vesmíru a pro astronomy jsou obtížně zkoumatelnými nebeskými objekty. Nevyzařují světlo, nelze je přímo zachytit, protože jsou tak daleko (k pozorování jedné by byl potřeba dalekohled o velikosti Země) a fyzikální vlastnosti, které je řídí, se ne vždy shoduje s naším současným chápáním.
Pro výpočetního astrofyzika Chi-kwana „CK“ Chana to není žádná novinka. CK, profesor na Arizonské univerzitě, studuje černé díry už více než 20 let. V roce 2019 byl součástí spolupráce Event Horizon Telescope, která vytvořila první snímek černé díry. Letos s podporou National Science Foundation(otevře se v novém okně) usilují o ještě ambicióznější cíl: vytvořit první pohyblivý obraz černé díry.
CK shromažďuje data z 12m radioteleskopu Arizona Radio Observatory na Národní observatoři Kitt Peak.
„Černé díry byly původně založeny na teorii. Takže je nesmírně vzrušující, že je dokážeme pozorovat.“ – Chi-kwan „CK“ Chan
Pochopit, co chybí, vyžaduje vytvářet lepší modely: matematické aproximace, které popisují, jak se hmota chová v extrémních podmínkách. Tyto rovnice jsou však neuvěřitelně složité. I největší superpočítače mají potíže je řešit a vývoj nových přístupů může trvat roky práce. CK se proto obrátil na Codex, aby mu pomohl tento proces urychlit.
„Vymyslet deset nových aproximací by mi trvalo deset dní. S Codexem to lze zvládnout během minut.“
CK zapisuje aproximaci, kterou mají jeho studenti zkontrolovat.
CK vede skupinovou diskusi pro své studenty na Arizonské univerzitě.
Ručně psaná matematická aproximace od CK.
Nová technologie, nové přístupy
Protože černé díry existují tak daleko od Země, jediným způsobem, jak je zkoumat, je měřit plazma, které do nich padá. CK vytváří simulace plazmatu a poté je porovnává s pozorovacími daty shromážděnými u dalekohledů. „Simulace však nestačí,“ říká CK. „Když porovnáme simulaci s pozorováním, zjistíme, že plazma kolem černých děr má velmi nízkou hustotu, takže ho ve skutečnosti nemůžeme aproximovat jako tekutinu.“ Jediný způsob, jak je CK dokáže správně simulovat, je sledovat jednotlivé elektrony a ionty. „A to je z výpočetního hlediska neřešitelný problém.“
CK používá Codex k hledání nových numerických algoritmů, které mu mohou pomoci vytvářet rychlejší a stabilnější simulace díky implementaci dovednosti agenta, kterého napsal. „S Codexem teď dokážeme automaticky objevovat nové transformace souřadnic a algoritmy, které mohou tyto výpočty zrychlit tisíckrát. Umožňuje nám to provádět simulace, které dříve nebyly možné.“
CK musí stále implementovat a ověřovat každou aproximaci, kterou Codex vytvoří, ale tento přístup zrychlil jeho pracovní postup a umožňuje mu věnovat více času výzkumu. (Ponořte se hlouběji do vědy za černými dírami a CKovou prací.)
„Astronomové a vědci museli být po velmi dlouhou dobu vynikajícími vývojáři, aby dokázali řešit naše problémy. AI nám umožňuje znovu se soustředit na vědecké otázky místo na část spojenou s programováním.“
12m radioteleskop Kitt Peak Arizona Radio Observatory je jednou z jedenácti observatoří v síti Event Horizon Telescope.
Codex pomáhá CK kontrolovat vědecký kód a odhalovat chyby ve statistice a numerických metodách, což mu pomáhá dosahovat spolehlivějších výsledků.
CK v řídicí místnosti 12m radioteleskopu Arizona Radio Observatory.
Budoucnost objevování
CK a tým Event Horizon Telescope v současnosti shromažďují data o černých dírách; doufají, že první pohyblivý obraz zveřejní někdy v roce 2027. CK se těší na to, co se může dozvědět. „Pokud se nám podaří zachytit toto první video černé díry, otevře to novou éru astrofyziky černých děr v měřítku horizontu událostí sledující proměny jevů v čase,“ říká. „Umožní nám to studovat, jak se plazma chová v těch nejextrémnějších prostředích ve vesmíru.“
„Pokud jste zvědaví na svět kolem sebe, budete prostě dál hledat nové odpovědi. A tak se učíme. Tak posouváme naši technologii a rozvíjíme naši civilizaci.“ – Chi-kwan „CK“ Chan
CK s Ramem, Nayerou a Haydenem, třemi ze svých studentů z Arizonské univerzity, kteří také pracují na analýze dat o černých dírách a tvorbě nových simulací.
„Pocházím z obyčejné rodiny v Hongkongu. Proto se cítím neuvěřitelně šťastný, že mohu pracovat na samé hranici výzkumu černých děr.“ –Chi-kwan „CK“ Chan
„Lidé jsou objevitelé. A astronomie je naše nejzazší hranice objevování. Je to tedy jeden ze způsobů, jak může lidské poznání dosáhnout okraje vesmíru.“