Codex によるブラックホールの新しいシミュレーション作成

宇宙の果ての研究

ブラックホールは宇宙の果てに存在し、天文学者にとって研究が難しい天体です。光を発しないうえ、非常に遠くにあるため、直接捉えることもできません。見るには地球サイズの望遠鏡が必要です。また、ブラックホールを支配する物理法則は、現在の私たちの理解と必ずしも一致しません。

計算宇宙物理学者の Chi-kwan “CK” Chan 氏にとって、これはどれも目新しい話ではありません。アリゾナ大学教授の CK 氏は、20年以上にわたりブラックホールを研究してきました。2019年には、ブラックホールの世界初の画像を生成したイベント・ホライズン・テレスコープの共同研究に参加していました。今年、米国国立科学財団⁠（新しいウィンドウで開く）の支援を受け、チームはさらに野心的な目標、すなわちブラックホール初の動画作成に挑んでいます。

現在の理解で何が捉えられていないのかを明らかにするには、極限環境下で物質がどのように振る舞うかを表す数学的近似、つまり、より優れたモデルを構築する必要があります。しかし、こうした方程式は非常に複雑です。最大級のスーパーコンピューターでも解くのに苦労し、新しい手法の開発には何年もかかることがあります。そこで CK 氏は、このプロセスを加速するために Codex を活用しました。

新しい技術、新しいアプローチ

ブラックホールは地球から非常に遠くに存在するため、それを研究する唯一の方法は、そこへ落ち込むプラズマを測定することです。CK 氏はプラズマのシミュレーションを作成し、それを望遠鏡で集めた観測データと比較します。「しかし、シミュレーションには限界があります」と CK 氏は言います。「シミュレーションと観測を比べると、ブラックホール周辺のプラズマは密度が非常に低く、プラズマを流体として近似できないことが分かります。」CK 氏がそれらを正しくシミュレーションする唯一の方法は、個々の電子とイオンを追跡することです。「そして、それは計算上ほとんど扱えない問題なのです」

CK 氏は、自身が書いたエージェントスキルを実装することで、より高速で安定したシミュレーション作成に役立つ新しい数値アルゴリズムを Codex で探しています。「Codex により、こうした計算を 1000 倍高速化できる新しい座標変換やアルゴリズムを、自動的に発見できるようになりました。以前は不可能だったシミュレーションが可能になります」

Codex が作成する各近似を実装して検証する作業は今も CK 氏が行う必要がありますが、このアプローチによってワークフローは加速し、研究により多くの時間を集中できるようになりました（ブラックホールと CK 氏の研究の背景にある科学をさらに詳しく知る⁠）。

発見の未来

CK 氏とイベント・ホライズン・テレスコープのチームは現在、ブラックホールのデータを収集しており、2027 年中に世界初の動画を公開したいと考えています。CK 氏は、そこから何を学べるのかに期待しています。「このブラックホールの世界初の動画の撮影に成功すれば、事象の地平面スケールで時間変化を捉えるブラックホール宇宙物理学の新時代が開かれます」と彼は語ります。「宇宙で最も極端な環境の一つで、プラズマがどのように振る舞うのかを研究できるようになります。」