Crear nuevas simulaciones de agujeros negros con Codex
Un astrofísico computacional explora los límites del universo conocido mientras trabaja para construir la primera imagen en movimiento de un agujero negro.
“Estas herramientas están cambiando la forma en que hacemos ciencia de una manera muy fundamental”.
Estudiar el borde del universo
Los agujeros negros existen en el borde de nuestro universo y son objetos celestes difíciles de estudiar para los astrónomos. No emiten luz, no pueden capturarse directamente porque están muy lejos —haría falta un telescopio del tamaño de la Tierra para ver uno— y la física que los rige no siempre coincide con nuestra comprensión actual.
Nada de esto es novedad para el astrofísico computacional Chi-kwan “CK” Chan. CK, profesor de la Universidad de Arizona, lleva más de 20 años estudiando los agujeros negros. En 2019, formó parte de la colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos que produjo la primera imagen de un agujero negro. Este año, con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias(se abre en una nueva ventana), persiguen una meta aún más ambiciosa: crear la primera imagen en movimiento de un agujero negro.
CK recopila datos del radiotelescopio de 12 m del Arizona Radio Observatory en el Observatorio Nacional de Kitt Peak.
“Los agujeros negros originalmente se basaban en la teoría. Así que es muy emocionante que podamos observarlos”. —Chi-kwan “CK” Chan
Entender qué falta requiere crear mejores modelos: aproximaciones matemáticas que describan cómo se comporta la materia en condiciones extremas. Pero estas ecuaciones son increíblemente complejas. Incluso las supercomputadoras más grandes tienen dificultades para resolverlas, y desarrollar nuevos enfoques puede llevar años de trabajo. Así que CK recurrió a Codex para ayudar a acelerar este proceso.
“Me tomaría diez días idear diez nuevas aproximaciones. Con Codex, esto puede hacerse en minutos”.
CK escribe una aproximación para que sus estudiantes la revisen.
CK dirige una conversación grupal para sus estudiantes en la Universidad de Arizona.
Una aproximación matemática escrita a mano por CK.
Nueva tecnología, nuevos enfoques
Como los agujeros negros existen tan lejos de la Tierra, la única forma de estudiarlos es medir el plasma que cae en ellos. CK crea simulaciones del plasma y luego las compara con los datos observacionales recopilados en los telescopios. “Sin embargo, las simulaciones se quedan cortas”, dice CK. “Cuando comparamos la simulación con la observación, nos damos cuenta de que el plasma alrededor de los agujeros negros tiene una densidad muy baja, así que en realidad no podemos aproximar el plasma como un fluido”. La única forma en que CK puede simularlos correctamente es siguiendo los electrones y los iones individuales. “Y ese es simplemente un problema computacionalmente intratable”.
CK usa Codex para encontrar nuevos algoritmos numéricos que lo ayuden a crear simulaciones más rápidas y estables mediante la implementación de una habilidad de agente que él escribió. “Con Codex ahora podemos descubrir automáticamente nuevas transformaciones de coordenadas y algoritmos que pueden acelerar estos cálculos por un factor de 1000. Nos permite hacer simulaciones que antes no eran posibles”.
CK aún tiene que implementar y verificar cada aproximación que crea Codex, pero este enfoque ha acelerado su flujo de trabajo y le permite dedicar más tiempo a la investigación. (Profundiza en la ciencia detrás de los agujeros negros y el trabajo de CK).
“Durante muchísimo tiempo, los astrónomos y científicos necesitaron ser excelentes desarrolladores para resolver nuestros problemas. La IA nos permite volver a enfocarnos en las preguntas científicas en lugar de en la parte de codificación”.
El radiotelescopio de 12 m Kitt Peak Arizona Radio Observatory es uno de los once observatorios de la red del Telescopio del Horizonte de Sucesos.
Codex ayuda a CK a revisar código científico y detectar errores de estadística y métodos numéricos, lo que lo ayuda a producir resultados más confiables.
CK dentro de la sala de control del radiotelescopio de 12 m del Arizona Radio Observatory.
El futuro del descubrimiento
CK y el equipo del Telescopio del Horizonte de Sucesos están recopilando datos sobre agujeros negros; esperan publicar la primera imagen en movimiento en algún momento de 2027. CK está entusiasmado por lo que podría aprender. “Si logramos capturar este primer video de un agujero negro, abrirá una nueva era de la astrofísica de agujeros negros a escala del horizonte y en el dominio del tiempo”, dice. “Nos permitirá estudiar cómo se comporta el plasma en algunos de los entornos más extremos del universo”.
“Si sientes curiosidad por el mundo que te rodea, seguirás buscando nuevas respuestas. Y así es como aprendemos. Así es como hacemos avanzar nuestra tecnología, hacemos avanzar nuestra civilización”. —Chi-kwan “CK” Chan
CK con Ram, Nayera y Hayden, tres de sus estudiantes de la Universidad de Arizona que también trabajan en el análisis de datos de agujeros negros y la creación de nuevas simulaciones.
“Vengo de una familia humilde en Hong Kong. Así que me siento increíblemente afortunado de poder trabajar en la frontera de la investigación sobre agujeros negros”. —Chi-kwan “CK” Chan
“Los seres humanos somos exploradores. Y la astronomía es nuestra frontera máxima de exploración. Así que esta es una forma de que el conocimiento humano llegue al borde del universo”.