Membuat simulasi baru lubang hitam dengan Codex
Seorang astrofisikawan komputasional menjelajahi tepi alam semesta yang diketahui saat berupaya membuat gambar bergerak pertama lubang hitam.
“Alat-alat ini mengubah cara kita melakukan sains secara sangat mendasar.”
Mempelajari tepi alam semesta
Lubang hitam berada di tepi alam semesta kita dan merupakan objek langit yang sulit dipelajari para astronom. Lubang hitam tidak memancarkan cahaya, tidak dapat diamati secara langsung karena letaknya sangat jauh—Anda perlu teleskop sebesar Bumi untuk melihat satu lubang hitam—dan fisika yang mendasarinya tidak selalu sesuai dengan pemahaman kita saat ini.
Semua ini bukan hal baru bagi astrofisikawan komputasional Chi-kwan “CK” Chan. CK, profesor di University of Arizona, telah mempelajari lubang hitam selama lebih dari 20 tahun. Pada 2019, ia menjadi bagian dari kolaborasi Event Horizon Telescope yang menghasilkan gambar pertama lubang hitam. Tahun ini, dengan dukungan dari National Science Foundation(terbuka di jendela baru), mereka mengejar tujuan yang bahkan lebih ambisius: membuat gambar bergerak pertama lubang hitam.
CK mengumpulkan data dari teleskop radio 12m Arizona Radio Observatory di Kitt Peak National Observatory.
“Lubang hitam awalnya didasarkan pada teori. Jadi sangat menggembirakan bahwa kita dapat mengamatinya.” —Chi-kwan “CK” Chan
Memahami apa yang belum diketahui membutuhkan pembangunan model yang lebih baik: aproksimasi matematika yang menggambarkan bagaimana materi berperilaku dalam kondisi ekstrem. Namun, persamaan-persamaan ini sangat kompleks. Bahkan superkomputer terbesar pun kesulitan menyelesaikannya, dan mengembangkan pendekatan baru dapat memakan waktu bertahun-tahun. Jadi CK beralih ke Codex untuk membantu mempercepat proses ini.
“Saya butuh sepuluh hari untuk menghasilkan sepuluh aproksimasi baru. Dengan Codex, ini dapat dilakukan dalam hitungan menit.”
CK menuliskan aproksimasi untuk ditinjau mahasiswanya.
CK memimpin diskusi kelompok untuk mahasiswanya di University of Arizona.
Aproksimasi matematika tulisan tangan dari CK.
Teknologi baru, pendekatan baru
Karena lubang hitam berada sangat jauh dari Bumi, satu-satunya cara mempelajarinya adalah dengan mengukur plasma yang jatuh ke dalamnya. CK membuat simulasi plasma, lalu membandingkannya dengan data observasi yang dikumpulkan di teleskop. “Namun, simulasi itu masih kurang,” kata CK. “Ketika kami membandingkan simulasi dengan observasi, kami menyadari bahwa plasma di sekitar lubang hitam berkepadatan sangat rendah, jadi kami tidak bisa benar-benar memperkirakan plasma sebagai fluida.” Satu-satunya cara CK dapat menyimulasikannya dengan benar adalah dengan mengikuti elektron dan ion satu per satu. “Dan itu adalah masalah yang secara komputasi tidak tertangani.”
CK menggunakan Codex untuk menemukan algoritme numerik baru yang dapat membantunya membuat simulasi yang lebih cepat dan stabil dengan menerapkan keterampilan agen yang ia tulis. “Dengan Codex, kami kini dapat secara otomatis menemukan transformasi koordinat dan algoritme baru yang dapat mempercepat perhitungan ini hingga 1000 kali. Ini memungkinkan kami melakukan simulasi yang sebelumnya tidak mungkin.”
CK masih harus menerapkan dan memverifikasi setiap aproksimasi yang dibuat Codex, tetapi pendekatan ini telah mempercepat alur kerjanya dan memungkinkannya lebih banyak memusatkan waktu pada riset. (Pelajari lebih dalam sains di balik lubang hitam dan karya CK.)
“Untuk waktu yang sangat lama, astronom dan ilmuwan perlu menjadi pengembang yang sangat baik agar dapat memecahkan masalah kami. AI memungkinkan kami kembali berfokus pada pertanyaan sains, bukan pada bagian pengodean.”
Teleskop radio 12m Kitt Peak Arizona Radio Observatory adalah salah satu dari sebelas observatorium dalam jaringan Event Horizon Telescope.
Codex membantu CK meninjau kode ilmiah dan menemukan kesalahan pada statistik dan metode numerik, membantunya menghasilkan hasil yang lebih andal.
CK di dalam ruang kontrol teleskop radio 12m Arizona Radio Observatory.
Masa depan penemuan
CK dan tim Event Horizon Telescope saat ini sedang mengumpulkan data tentang lubang hitam; mereka berharap dapat merilis gambar bergerak pertama sekitar tahun 2027. CK antusias dengan apa yang mungkin ia pelajari. “Jika kami berhasil menangkap video pertama lubang hitam ini, itu akan membuka era baru astrofisika lubang hitam berskala horizon dan berdomain waktu,” ujarnya. “Ini akan memungkinkan kami mempelajari bagaimana plasma berperilaku di beberapa lingkungan paling ekstrem di alam semesta.”
“Jika Anda penasaran tentang dunia di sekitar Anda, Anda akan terus mencari jawaban baru. Dan begitulah cara kita belajar. Begitulah cara kita memajukan teknologi kita, memajukan peradaban kita.” —Chi-kwan “CK” Chan
CK bersama Ram, Nayera, dan Hayden, tiga mahasiswanya dari University of Arizona yang juga mengerjakan analisis data lubang hitam dan membuat simulasi baru.
“Saya berasal dari keluarga akar rumput di Hong Kong. Jadi saya merasa sangat beruntung bisa bekerja di garis depan riset lubang hitam.” —Chi-kwan “CK” Chan
“Manusia adalah penjelajah. Dan astronomi adalah garis depan terakhir kita dalam penjelajahan. Jadi ini adalah salah satu cara bagi pengetahuan manusia untuk mencapai tepi alam semesta.”