Skaber nye simuleringer af sorte huller med Codex
En beregningsastrofysiker udforsker det kendte univers' grænser, mens han arbejder på at skabe det første levende billede af et sort hul.
»Disse værktøjer ændrer den måde, vi bedriver videnskab på, på en meget grundlæggende måde.«
At studere universets grænse
Sorte huller findes ved kanten af vores univers og er vanskelige himmellegemer for astronomer at studere. De udsender ikke lys, de kan ikke indfanges direkte, fordi de er så langt væk — man skulle bruge et teleskop på størrelse med Jorden for at se ét — og den fysik, der styrer dem, stemmer ikke altid overens med vores nuværende forståelse.
Intet af dette er nyt for beregningsastrofysikeren Chi-kwan »CK« Chan. CK, professor ved University of Arizona, har studeret sorte huller i over 20 år. I 2019 var han en del af Event Horizon Telescope-samarbejdet, der skabte det første billede af et sort hul. I år forfølger de med støtte fra National Science Foundation(åbner i et nyt vindue) et endnu mere ambitiøst mål: at skabe det første levende billede af et sort hul.
CK indsamler data fra Arizona Radio Observatorys 12-meter-radioteleskop ved Kitt Peak National Observatory.
»Sorte huller var oprindeligt baseret på teori. Så det er virkelig spændende, at vi er i stand til at observere dem.« —Chi-kwan »CK« Chan
At forstå, hvad der mangler, kræver, at man bygger bedre modeller: matematiske approksimationer, der beskriver, hvordan stof opfører sig under ekstreme forhold. Men disse ligninger er utroligt komplekse. Selv de største supercomputere har svært ved at løse dem, og det kan tage mange års arbejde at udvikle nye tilgange. Så CK vendte sig mod Codex for at hjælpe med at fremskynde denne proces.
»Det ville tage mig ti dage at finde frem til ti nye approksimationer. Med Codex kan det gøres på få minutter.«
CK skriver en approksimation op, som hans studerende kan gennemgå.
CK leder en gruppediskussion for sine studerende på University of Arizona.
En håndskrevet matematisk approksimation fra CK.
Ny teknologi, nye tilgange
Da sorte huller findes så langt fra Jorden, er den eneste måde at studere dem på at måle det plasma, der falder ind i dem. CK skaber simuleringer af plasmaet og sammenligner dem derefter med observationsdata indsamlet ved teleskoperne. »Men simuleringerne kommer til kort,« siger CK. »Når vi sammenligner simulering med observation, indser vi, at plasmaet omkring sorte huller har meget lav tæthed, så vi kan ikke rigtig approksimere plasmaet som en væske.« Den eneste måde, CK kan simulere dem korrekt på, er ved at følge de enkelte elektroner og ioner. »Og det er simpelthen et beregningsmæssigt uløseligt problem.«
CK bruger Codex til at finde nye numeriske algoritmer, der kan hjælpe ham med at skabe hurtigere og mere stabile simuleringer ved at implementere en agentfærdighed, han har skrevet. »Med Codex kan vi nu automatisk opdage nye koordinattransformationer og algoritmer, der kan fremskynde disse beregninger med en faktor 1000. Det giver os mulighed for at lave simuleringer, der tidligere ikke var mulige.«
CK skal stadig implementere og verificere hver approksimation, Codex skaber, men denne tilgang har accelereret hans arbejdsgang og giver ham mulighed for at bruge mere af sin tid på forskningen. (Gå mere i dybden med videnskaben bag sorte huller og CKs arbejde.)
»I meget lang tid skulle astronomer og forskere være fremragende udviklere for at kunne løse vores problemer. AI giver os mulighed for igen at fokusere på de videnskabelige spørgsmål i stedet for kodningsdelen.«
Kitt Peak Arizona Radio Observatorys 12-meter-radioteleskop er et af elleve observatorier i Event Horizon Telescope-netværket.
Codex hjælper CK med at gennemgå videnskabelig kode og fange fejl i statistik og numeriske metoder, hvilket hjælper ham med at producere mere pålidelige resultater.
CK i kontrolrummet til Arizona Radio Observatorys 12-meter-radioteleskop.
Opdagelsens fremtid
CK og Event Horizon Telescope-teamet indsamler i øjeblikket data om sorte huller; de håber at offentliggøre det første levende billede engang i 2027. CK er spændt på, hvad han kan lære. »Hvis det lykkes os at indfange denne første video af et sort hul, vil det åbne en ny æra for astrofysik om sorte huller på horisontskala og i tidsdomænet,« siger han. »Det vil lade os studere, hvordan plasma opfører sig i nogle af universets mest ekstreme miljøer.«
»Hvis du er nysgerrig på verden omkring dig, vil du bare blive ved med at lede efter nye svar. Og det er sådan, vi lærer. Sådan udvikler vi vores teknologi og fører vores civilisation fremad.« —Chi-kwan »CK« Chan
CK sammen med Ram, Nayera og Hayden, tre af hans studerende fra University of Arizona, som også arbejder med analyse af data om sorte huller og med at skabe nye simuleringer.
»Jeg kommer fra en familie med beskedne kår i Hongkong. Så jeg føler mig bare utroligt heldig over at kunne arbejde ved forskningsfronten inden for sorte huller.« —Chi-kwan »CK« Chan
»Mennesker er opdagelsesrejsende. Og astronomien er vores yderste grænse for udforskning. Så dette er én måde, hvorpå menneskelig viden kan nå universets grænse.«