Naujų juodųjų skylių simuliacijų kūrimas su Codex
Skaičiuojamosios astrofizikos specialistas tyrinėja žinomos visatos pakraščius, kurdamas pirmą judantį juodosios skylės vaizdą.
„Šie įrankiai labai iš esmės keičia tai, kaip darome mokslą.“
Visatos pakraščio tyrinėjimas
Juodosios skylės egzistuoja mūsų visatos pakraštyje ir yra sunkiai astronomų tiriami dangaus objektai. Jos neskleidžia šviesos, jų neįmanoma tiesiogiai užfiksuoti, nes jos taip toli — norint pamatyti vieną, reikėtų Žemės dydžio teleskopo — o jas valdanti fizika ne visada dera su dabartiniu mūsų supratimu.
Skaičiuojamosios astrofizikos specialistui Chi-kwan „CK“ Chan tai jokia naujiena. CK, Arizonos universiteto profesorius, juodąsias skyles tiria daugiau nei 20 metų. 2019 m. jis dalyvavo Event Horizon Telescope bendradarbiavime, kurio metu buvo sukurta pirmoji juodosios skylės nuotrauka. Šiemet, remiami Nacionalinio mokslo fondo(atsidaro naujame lange), jie siekia dar ambicingesnio tikslo: sukurti pirmą judantį juodosios skylės vaizdą.
CK renka duomenis iš Arizonos radijo observatorijos 12 m radioteleskopo Kitt Peak nacionalinėje observatorijoje.
„Juodosios skylės iš pradžių buvo pagrįstos teorija. Todėl labai įdomu, kad galime jas stebėti.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
Norint suprasti, ko trūksta, reikia kurti geresnius modelius: matematines aproksimacijas, apibūdinančias, kaip materija elgiasi ekstremaliomis sąlygomis. Tačiau šios lygtys yra neįtikėtinai sudėtingos. Net didžiausiems superkompiuteriams sunku jas išspręsti, o naujų metodų kūrimas gali pareikalauti metų darbo. Todėl CK kreipėsi į Codex, kad padėtų paspartinti šį procesą.
„Man prireiktų dešimties dienų, kad sugalvočiau dešimt naujų aproksimacijų. Su Codex tai galima padaryti per kelias minutes.“
CK užrašo aproksimaciją, kad jo studentai ją peržiūrėtų.
CK veda grupinę diskusiją savo studentams Arizonos universitete.
CK ranka rašyta matematinė aproksimacija.
Nauja technologija, nauji metodai
Kadangi juodosios skylės yra labai toli nuo Žemės, vienintelis būdas jas tirti – matuoti į jas krintančią plazmą. CK kuria plazmos simuliacijas, o tada lygina jas su teleskopais surinktais stebėjimų duomenimis. „Tačiau simuliacijoms kažko trūksta“, – sako CK. „Kai lyginame simuliaciją su stebėjimu, suprantame, kad plazma aplink juodąsias skyles yra labai mažo tankio, todėl jos iš tiesų negalime aproksimuoti kaip skysčio.“ Vienintelis būdas CK teisingai jas simuliuoti – sekti atskirus elektronus ir jonus. „O tai tiesiog skaičiavimais neįveikiama problema.“
CK naudoja Codex naujiems skaitiniams algoritmams rasti, kurie gali padėti jam kurti greitesnes ir stabilesnes simuliacijas, įgyvendinant jo parašytą agento įgūdį. „Su Codex dabar galime automatiškai atrasti naujas koordinačių transformacijas ir algoritmus, kurie gali šiuos skaičiavimus pagreitinti 1000 kartų. Tai leidžia mums atlikti simuliacijas, kurios anksčiau nebuvo įmanomos.“
CK vis dar turi įgyvendinti ir patikrinti kiekvieną Codex sukurtą aproksimaciją, tačiau šis metodas paspartino jo darbo eigą ir leidžia daugiau laiko skirti tyrimams. (Giliau susipažinkite su mokslu apie juodąsias skyles ir CK darbą.)
„Labai ilgą laiką astronomai ir mokslininkai turėjo būti puikūs programuotojai, kad išspręstų mūsų problemas. AI leidžia mums vėl susitelkti į mokslinius klausimus, o ne į programavimą.“
Kitt Peak Arizonos radijo observatorijos 12 m radioteleskopas yra viena iš vienuolikos observatorijų Event Horizon Telescope tinkle.
Codex padeda CK peržiūrėti mokslinį kodą ir aptikti statistikos bei skaitinių metodų klaidas, padėdamas jam gauti patikimesnius rezultatus.
CK Arizonos radijo observatorijos 12 m radioteleskopo valdymo patalpoje.
Atradimų ateitis
CK ir Event Horizon Telescope komanda šiuo metu renka duomenis apie juodąsias skyles; jie tikisi pirmąjį judantį vaizdą paskelbti 2027 m. CK džiaugiasi tuo, ką gali sužinoti. „Jei sėkmingai užfiksuosime šį pirmąjį juodosios skylės vaizdo įrašą, jis atvers naują horizonto mastelio, laiko srities juodųjų skylių astrofizikos erą“, – sako jis. „Tai leis mums tirti, kaip plazma elgiasi kai kuriose ekstremaliausiose visatos aplinkose.“
„Jei smalsaujate apie jus supantį pasaulį, tiesiog nuolat ieškosite naujų atsakymų. Ir taip mes mokomės. Taip tobuliname savo technologijas ir plėtojame civilizaciją.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
CK su Ram, Nayera ir Hayden – trimis jo studentais iš Arizonos universiteto, kurie taip pat analizuoja juodųjų skylių duomenis ir kuria naujas simuliacijas.
„Esu kilęs iš paprastos šeimos Honkonge. Todėl jaučiuosi nepaprastai laimingas galėdamas dirbti juodųjų skylių tyrimų priešakyje.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
„Žmonės yra tyrinėtojai. O astronomija yra galutinė mūsų tyrinėjimų riba. Taigi tai vienas būdų žmonijos žinioms pasiekti visatos pakraštį.“