Új fekete lyuk-szimulációk létrehozása Codexszel
Egy számítási asztrofizikus az ismert univerzum peremét kutatja, miközben egy fekete lyuk első mozgóképes felvételének létrehozásán dolgozik.
„Ezek az eszközök nagyon alapvető módon változtatják meg, hogyan műveljük a tudományt.”
Az univerzum peremének tanulmányozása
A fekete lyukak az univerzumunk peremén léteznek, és a csillagászok számára nehezen tanulmányozható égitestek. Nem bocsátanak ki fényt, közvetlenül nem rögzíthetők, mert olyan messze vannak — ahhoz, hogy lássunk egyet, Föld méretű távcsőre lenne szükség —, és az őket irányító fizika sem mindig illeszkedik jelenlegi tudásunkhoz.
Mindez nem újdonság Chi-kwan „CK” Chan számítási asztrofizikus számára. CK, az Arizonai Egyetem professzora, több mint 20 éve tanulmányozza a fekete lyukakat. 2019-ben tagja volt annak az Event Horizon Telescope együttműködésnek, amely elkészítette az első képet egy fekete lyukról. Idén a Nemzeti Tudományos Alapítvány(új ablakban nyílik meg) támogatásával még ambiciózusabb célt követnek: egy fekete lyuk első mozgóképes felvételének létrehozását.
CK az Arizona Radio Observatory 12 m-es rádióteleszkópjával gyűjt adatokat a Kitt Peak National Observatoryben.
„A fekete lyukak eredetileg elméleten alapultak. Ezért rendkívül izgalmas, hogy képesek vagyunk megfigyelni őket.” —Chi-kwan „CK” Chan
Annak megértéséhez, mi hiányzik, jobb modelleket kell építeni: matematikai közelítéseket, amelyek leírják, hogyan viselkedik az anyag szélsőséges körülmények között. Ezek az egyenletek azonban hihetetlenül összetettek. Még a legnagyobb szuperszámítógépeknek is nehézséget okoz a megoldásuk, és új megközelítések kidolgozása évek munkáját veheti igénybe. CK ezért a Codexhez fordult, hogy segítsen felgyorsítani ezt a folyamatot.
„Tíz napomba telne, hogy tíz új közelítést dolgozzak ki. A Codexszel ez percek alatt elvégezhető.”
CK leír egy közelítést, hogy a hallgatói átnézhessék.
CK csoportos beszélgetést vezet hallgatóinak az Arizonai Egyetemen.
CK egyik kézzel írt matematikai közelítése.
Új technológia, új megközelítések
Mivel a fekete lyukak olyan távol vannak a Földtől, tanulmányozásuk egyetlen módja a beléjük hulló plazma mérése. CK szimulációkat készít a plazmáról, majd összehasonlítja azokat a távcsöveknél gyűjtött megfigyelési adatokkal. „A szimulációk azonban nem elégségesek” – mondja CK. „Amikor a szimulációt összevetjük a megfigyeléssel, rájövünk, hogy a fekete lyukak körüli plazma nagyon kis sűrűségű, ezért valójában nem közelíthetjük a plazmát folyadékként.” CK csak úgy tudja helyesen szimulálni őket, ha az egyes elektronokat és ionokat követi. „Ez pedig számítási szempontból egyszerűen kezelhetetlen probléma.”
CK a Codexet használja új numerikus algoritmusok keresésére, amelyek segíthetnek gyorsabb és stabilabb szimulációkat létrehozni egy általa írt ügynök-készség megvalósításával. „A Codexszel most már automatikusan fedezhetünk fel új koordináta-transzformációkat és algoritmusokat, amelyek ezerszeresére gyorsíthatják ezeket a számításokat. Így olyan szimulációkat végezhetünk, amelyek korábban nem voltak lehetségesek.”
CK-nek továbbra is meg kell valósítania és ellenőriznie kell minden közelítést, amelyet a Codex létrehoz, de ez a megközelítés felgyorsította a munkafolyamatát, és lehetővé teszi, hogy több idejét fordítsa a kutatásra. (Merüljön el mélyebben a tudományban, amely a fekete lyukak és CK munkája mögött áll.)
„A csillagászoknak és tudósoknak nagyon hosszú ideig kiváló fejlesztőknek kellett lenniük ahhoz, hogy megoldják a problémáinkat. Az AI lehetővé teszi, hogy a kódolás helyett ismét a tudományos kérdésekre összpontosítsunk.”
A Kitt Peak Arizona Radio Observatory 12 m-es rádióteleszkópja az Event Horizon Telescope hálózatának tizenegy obszervatóriuma közül az egyik.
A Codex segít CK-nek átnézni a tudományos kódot, valamint hibákat találni a statisztikában és a numerikus módszerekben, így megbízhatóbb eredményeket tud előállítani.
CK az Arizona Radio Observatory 12 m-es rádióteleszkópjának irányítótermében.
A felfedezés jövője
CK és az Event Horizon Telescope csapata jelenleg adatokat gyűjt fekete lyukakról; reményeik szerint valamikor 2027-ben közzéteszik az első mozgóképes felvételt. CK izgatottan várja, mit tanulhat belőle. „Ha sikerül rögzítenünk ezt az első videót egy fekete lyukról, az új korszakot nyit a horizontléptékű, időtartományú fekete lyuk-asztrofizikában” – mondja. „Lehetővé teszi, hogy tanulmányozzuk, hogyan viselkedik a plazma az univerzum néhány legszélsőségesebb környezetében.”
„Ha kíváncsi vagy a körülötted lévő világra, továbbra is új válaszokat fogsz keresni. Így tanulunk. Így fejlesztjük a technológiánkat és visszük előre a civilizációnkat.” —Chi-kwan „CK” Chan
CK Rammal, Nayerával és Haydennel, három arizonai egyetemi hallgatójával, akik szintén fekete lyukak adatainak elemzésén és új szimulációk létrehozásán dolgoznak.
„Hongkongban, egyszerű családból származom. Ezért hihetetlenül szerencsésnek érzem magam, hogy a fekete lyukak kutatásának élvonalában dolgozhatok.” —Chi-kwan „CK” Chan
„Az emberek felfedezők. A csillagászat pedig a felfedezés végső határvidéke számunkra. Ez az egyik módja annak, hogy az emberi tudás elérje az univerzum peremét.”