Crear nuevas simulaciones de agujeros negros con Codex
Un astrofísico computacional explora los confines del universo conocido mientras trabaja para construir la primera imagen en movimiento de un agujero negro.
«Estas herramientas están cambiando de forma muy fundamental cómo hacemos ciencia».
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 captarse 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 encaja con nuestro conocimiento actual.
Nada de esto es nuevo 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 Event Horizon Telescope, que produjo la primera imagen de un agujero negro. Este año, con el apoyo de la National Science Foundation(se abre en una ventana nueva), persiguen un objetivo aún más ambicioso: 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 se basaban originalmente en la teoría. Así que es superemocionante que podamos observarlos». —Chi-kwan «CK» Chan
Entender qué falta requiere construir mejores modelos: aproximaciones matemáticas que describan cómo se comporta la materia en condiciones extremas. Pero estas ecuaciones son increíblemente complejas. Incluso los mayores superordenadores 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.
«Tardaría diez días en crear diez nuevas aproximaciones. Con Codex, esto puede hacerse en minutos».
CK escribe una aproximación para que sus estudiantes la revisen.
CK dirige un debate en grupo para sus estudiantes de 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 que rodea los agujeros negros tiene una densidad muy baja, así que no podemos aproximarlo realmente como un fluido». La única forma en que CK puede simularlos correctamente es seguir los electrones e iones individuales. «Y eso es un problema computacionalmente intratable».
CK utiliza Codex para encontrar nuevos algoritmos numéricos que puedan ayudarle a crear simulaciones más rápidas y estables implementando 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 que hay detrás de los agujeros negros y del trabajo de CK).
«Durante mucho tiempo, los astrónomos y los científicos tuvieron que ser excelentes desarrolladores para resolver nuestros problemas. La IA nos permite volver a centrarnos en las preguntas científicas en lugar de en la parte de programación».
El radiotelescopio de 12 m Kitt Peak Arizona Radio Observatory es uno de los once observatorios de la red Event Horizon Telescope.
Codex ayuda a CK a revisar código científico y detectar errores en estadísticas y métodos numéricos, lo que le ayuda a producir resultados más fiables.
CK dentro de la sala de control del radiotelescopio de 12 m del Arizona Radio Observatory.
El futuro del descubrimiento
CK y el equipo de Event Horizon Telescope están recopilando actualmente 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 captar este primer vídeo de un agujero negro, abrirá una nueva era en la astrofísica de agujeros negros a escala de horizonte y en el dominio temporal», afirma. «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 y 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 en crear nuevas simulaciones.
«Vengo de una familia humilde de Hong Kong. Por eso me siento increíblemente afortunado de poder trabajar en la investigación de vanguardia sobre agujeros negros». —Chi-kwan «CK» Chan
«Los humanos somos exploradores. Y la astronomía es nuestra frontera definitiva de exploración. Así, esta es una forma de que el conocimiento humano llegue al borde del universo».