Jaunu melno caurumu simulāciju veidošana ar Codex
Skaitļošanas astrofiziķis pēta zināmā Visuma malas, strādājot pie pirmā kustīgā melnā cauruma attēla izveides.
„Šie rīki ļoti fundamentāli maina veidu, kā mēs nodarbojamies ar zinātni.“
Visuma robežu pētīšana
Melnie caurumi pastāv mūsu Visuma malā, un astronomiem tos ir grūti pētīt. Tie neizstaro gaismu, tos nevar tieši nofotografēt, jo tie ir tik tālu — lai tādu ieraudzītu, būtu vajadzīgs Zemes izmēra teleskops —, un fizika, kas tos nosaka, ne vienmēr saskan ar mūsu pašreizējo izpratni.
Skaitļošanas astrofiziķim Chi-kwan “CK” Chan tas viss nav jaunums. CK, kurš ir Arizonas Universitātes profesors, melnos caurumus pēta jau vairāk nekā 20 gadus. 2019. gadā viņš bija daļa no Event Horizon Telescope sadarbības projekta, kas izveidoja pirmo melnā cauruma attēlu. Šogad ar Nacionālā zinātnes fonda(atveras jaunā logā) atbalstu viņi tiecas uz vēl ambiciozāku mērķi: izveidot pirmo kustīgo melnā cauruma attēlu.
CK ievāc datus no Arizonas Radio observatorijas 12 m radioteleskopa Kitt Peak Nacionālajā observatorijā.
„Melnie caurumi sākotnēji balstījās teorijā. Tāpēc ir ļoti aizraujoši, ka mēs varam tos novērot.“ —Chi-kwan “CK” Chan
Lai saprastu, kā trūkst, jāveido labāki modeļi: matemātiskas aproksimācijas, kas apraksta, kā matērija uzvedas ekstremālos apstākļos. Taču šie vienādojumi ir neticami sarežģīti. Pat lielākajiem superdatoriem ir grūti tos atrisināt, un jaunu pieeju izstrāde var prasīt gadiem ilgu darbu. Tāpēc CK vērsās pie Codex, lai palīdzētu paātrināt šo procesu.
„Man būtu vajadzīgas desmit dienas, lai izstrādātu desmit jaunas aproksimācijas. Ar Codex to varu paveikt dažu minūšu laikā.“
CK raksta aproksimāciju, lai viņa studenti to pārskatītu.
CK vada grupas diskusiju saviem studentiem Arizonas Universitātē.
CK ar roku rakstīta matemātiska aproksimācija.
Jaunas tehnoloģijas, jaunas pieejas
Tā kā melnie caurumi atrodas tik tālu no Zemes, vienīgais veids, kā tos pētīt, ir mērīt tajos krītošo plazmu. CK veido plazmas simulācijas un pēc tam salīdzina tās ar teleskopos iegūtajiem novērojumu datiem. „Tomēr simulācijas nav pietiekamas,“ saka CK. „Kad salīdzinām simulāciju ar novērojumu, saprotam, ka plazmai ap melnajiem caurumiem ir ļoti zems blīvums, tāpēc mēs īsti nevaram aproksimēt plazmu kā šķidrumu.“ Vienīgais veids, kā CK tos var pareizi simulēt, ir sekot atsevišķiem elektroniem un joniem. „Šī ir skaitļošanas ziņā praktiski neatrisināma problēma.“
CK izmanto Codex, lai atrastu jaunus skaitliskos algoritmus, kas palīdz veidot ātrākas un stabilākas simulācijas, ieviešot viņa uzrakstītu aģenta prasmi. „Ar Codex mēs tagad varam automātiski atklāt jaunas koordinātu transformācijas un algoritmus, kas šos aprēķinus var paātrināt 1000 reižu. Tas ļauj veikt simulācijas, kas iepriekš nebija iespējamas.“
CK joprojām ir jāievieš un jāpārbauda katra Codex radītā aproksimācija, taču šī pieeja ir paātrinājusi viņa darbplūsmu un ļauj vairāk laika veltīt pētniecībai. (Uzziniet vairāk par melno caurumu zinātni un CK darbu.)
„Ļoti ilgu laiku astronomiem un zinātniekiem bija jābūt izciliem izstrādātājiem, lai atrisinātu mūsu problēmas. MI ļauj mums atkal koncentrēties uz zinātniskajiem jautājumiem, nevis kodēšanas daļu.“
Kitt Peak Arizonas Radio observatorijas 12 m radioteleskops ir viena no vienpadsmit Event Horizon Telescope tīkla observatorijām.
Codex palīdz CK pārskatīt zinātnisko kodu un pamanīt kļūdas statistikā un skaitliskajās metodēs, palīdzot iegūt uzticamākus rezultātus.
CK atrodas Arizonas Radio observatorijas 12 m radioteleskopa vadības telpā.
Atklājumu nākotne
CK un Event Horizon Telescope komanda pašlaik vāc datus par melnajiem caurumiem; viņi cer pirmo kustīgo attēlu publicēt 2027. gadā. CK ar aizrautību gaida, ko varētu uzzināt. „Ja mums izdosies uzņemt šo pirmo melnā cauruma video, tas atklās jaunu ēru horizonta mēroga, laika domēna melno caurumu astrofizikā,“ viņš saka. „Tas ļaus mums pētīt, kā plazma uzvedas dažās no ekstrēmākajām vidēm Visumā.“
„Ja jūs interesē pasaule jums apkārt, jūs vienkārši turpināsiet meklēt jaunas atbildes. Tā mēs mācāmies. Tā mēs attīstām savu tehnoloģiju un virzām uz priekšu savu civilizāciju.“ —Chi-kwan “CK” Chan
CK kopā ar Ram, Nayera un Hayden — trīs viņa studentiem no Arizonas Universitātes, kuri arī strādā pie melno caurumu datu analīzes un jaunu simulāciju izstrādes.
„Es nāku no vienkāršas ģimenes Honkongā. Tāpēc jūtos neticami laimīgs, ka varu strādāt melno caurumu pētniecības priekšgalā.“ —Chi-kwan “CK” Chan
„Cilvēki ir pētnieki. Astronomija ir mūsu galējā izpētes robeža. Tāpēc tas ir viens no veidiem, kā cilvēces zināšanām sasniegt Visuma malu.“