Stvaranje novih simulacija crnih rupa uz Codex
Računalni astrofizičar istražuje rubove poznatog svemira dok radi na stvaranju prve pokretne slike crne rupe.
„Ovi alati mijenjaju način na koji se bavimo znanošću na vrlo temeljan način.”
Proučavanje ruba svemira
Crne rupe postoje na rubu našeg svemira i astronomima su teški nebeski objekti za proučavanje. Ne emitiraju svjetlost, ne mogu se izravno snimiti jer su tako daleko — za promatranje jedne trebao bi vam teleskop veličine Zemlje — a fizika koja njima upravlja ne poklapa se uvijek s našim trenutačnim razumijevanjem.
Ništa od toga nije novost za računalnog astrofizičara Chi-kwana „CK-ja” Chana. CK, profesor na Sveučilištu u Arizoni, proučava crne rupe više od 20 godina. Godine 2019. bio je dio suradnje Event Horizon Telescope koja je proizvela prvu sliku crne rupe. Ove godine, uz potporu Nacionalne zaklade za znanost(otvara se u novom prozoru), teže još ambicioznijem cilju: stvaranju prve pokretne slike crne rupe.
CK prikuplja podatke s 12-metarskog radioteleskopa Arizona Radio Observatory u Nacionalnom opservatoriju Kitt Peak.
„Crne rupe izvorno su se temeljile na teoriji. Zato je iznimno uzbudljivo što ih možemo promatrati.” —Chi-kwan „CK” Chan
Razumijevanje onoga što nedostaje zahtijeva izgradnju boljih modela: matematičkih aproksimacija koje opisuju kako se materija ponaša u ekstremnim uvjetima. No te su jednadžbe nevjerojatno složene. Čak ih i najveća superračunala teško rješavaju, a razvoj novih pristupa može zahtijevati godine rada. Zato se CK obratio Codexu kako bi ubrzao taj proces.
„Trebalo bi mi deset dana da osmislim deset novih aproksimacija. Uz Codex, to se može napraviti za nekoliko minuta.”
CK ispisuje aproksimaciju koju njegovi studenti trebaju pregledati.
CK vodi grupnu raspravu sa svojim studentima na Sveučilištu u Arizoni.
Rukom pisana matematička aproksimacija CK-ja.
Nova tehnologija, novi pristupi
Budući da crne rupe postoje tako daleko od Zemlje, jedini način da ih se proučava jest mjerenje plazme koja u njih pada. CK stvara simulacije plazme, a zatim ih uspoređuje s promatračkim podacima prikupljenima teleskopima. „Međutim, simulacije nisu dovoljne”, kaže CK. „Kad usporedimo simulaciju s opažanjem, shvaćamo da je plazma oko crnih rupa vrlo niske gustoće, pa je zapravo ne možemo aproksimirati kao fluid.” Jedini način na koji ih CK može ispravno simulirati jest praćenjem pojedinačnih elektrona i iona. „A to je računalno nerješiv problem.”
CK koristi Codex za pronalaženje novih numeričkih algoritama koji mu mogu pomoći u stvaranju bržih i stabilnijih simulacija, implementirajući agentsku vještinu koju je napisao. „Uz Codex sada možemo automatski otkrivati nove koordinatne transformacije i algoritme koji mogu ubrzati ove izračune za faktor 1000. To nam omogućuje simulacije koje prije nisu bile moguće.”
CK i dalje mora implementirati i provjeriti svaku aproksimaciju koju Codex stvori, ali ovaj je pristup ubrzao njegov radni proces i omogućuje mu da više vremena posveti istraživanju. (Saznajte više o znanosti iza crnih rupa i CK-jeva rada.)
„Vrlo dugo astronomi i znanstvenici morali su biti izvrsni developeri kako bi riješili naše probleme. AI nam omogućuje da se ponovno usredotočimo na znanstvena pitanja umjesto na kodiranje.”
12-metarski radioteleskop Kitt Peak Arizona Radio Observatory jedan je od jedanaest opservatorija u mreži Event Horizon Telescope.
Codex pomaže CK-ju pregledavati znanstveni kod i uočavati pogreške u statistici i numeričkim metodama, što mu pomaže postići pouzdanije rezultate.
CK u kontrolnoj sobi 12-metarskog radioteleskopa Arizona Radio Observatory.
Budućnost otkrića
CK i tim Event Horizon Telescope trenutačno prikupljaju podatke o crnim rupama; nadaju se objaviti prvu pokretnu sliku negdje tijekom 2027. CK je uzbuđen zbog onoga što bi mogao saznati. „Ako uspješno snimimo ovaj prvi video crne rupe, otvorit će se novo doba astrofizike crnih rupa na razini horizonta, u vremenskoj domeni”, kaže. „Omogućit će nam proučavanje ponašanja plazme u nekim od najekstremnijih okruženja u svemiru.”
„Ako ste znatiželjni o svijetu oko sebe, nastavit ćete tražiti nove odgovore. I tako učimo. Tako unapređujemo svoju tehnologiju, unapređujemo svoju civilizaciju.” —Chi-kwan „CK” Chan
CK s Ramom, Nayerom i Haydenom, trima svojim studentima sa Sveučilišta u Arizoni koji također rade na analizi podataka o crnim rupama i stvaranju novih simulacija.
„Potječem iz obične obitelji iz Hong Konga. Zato se osjećam nevjerojatno sretnim što mogu raditi na samom rubu istraživanja crnih rupa.” —Chi-kwan „CK” Chan
„Ljudi su istraživači. A astronomija je naša krajnja granica istraživanja. Zato je ovo jedan od načina da ljudsko znanje dosegne rub svemira.”