Il-ħolqien ta’ simulazzjonijiet ġodda ta’ toqob suwed b’Codex
Astrofisiku komputazzjonali qed jesplora t-truf tal-univers magħruf waqt li jaħdem biex jibni l-ewwel immaġni miexja ta’ toqba sewda.
“Dawn l-għodod qed ibiddlu kif nagħmlu x-xjenza b’mod fundamentali ħafna.”
Nistudjaw ix-xifer tal-univers
It-toqob suwed jeżistu fix-xifer tal-univers tagħna u huma oġġetti ċelesti diffiċli biex l-astronomi jistudjawhom. Ma jarmux dawl, ma jistgħux jinqabdu direttament għax jinsabu ’l bogħod ħafna—ikollok bżonn teleskopju daqs id-dinja biex tara wieħed—u l-fiżika li tirregolahom mhux dejjem taqbel mal-fehim attwali tagħna.
Xejn minn dan mhu ġdid għall-astrofisiku komputazzjonali Chi-kwan “CK” Chan. CK, professur fl-Università ta’ Arizona, ilu jistudja t-toqob suwed għal aktar minn 20 sena. Fl-2019, kien parti mill-kollaborazzjoni Event Horizon Telescope li pproduċiet l-ewwel immaġni ta’ toqba sewda. Din is-sena, bl-appoġġ tal-Fondazzjoni Nazzjonali tax-Xjenza(jinfetaħ f’tieqa ġdida), qed isegwu għan saħansitra aktar ambizzjuż: li joħolqu l-ewwel immaġni miexja ta’ toqba sewda.
CK jiġbor dejta mit-teleskopju tar-radju ta’ 12m tal-Arizona Radio Observatory fil-Kitt Peak National Observatory.
“It-toqob suwed oriġinarjament kienu bbażati fuq it-teorija. Għalhekk huwa eċċitanti ħafna li nistgħu nosservawhom.” —Chi-kwan “CK” Chan
Biex nifhmu x’inhu nieqes jeħtieġ nibnu mudelli aħjar: approssimazzjonijiet matematiċi li jiddeskrivu kif il-materja ġġib ruħha taħt kundizzjonijiet estremi. Iżda dawn l-ekwazzjonijiet huma kumplessi b’mod inkredibbli. Anke l-akbar superkompjuters jitħabtu biex isolvuhom, u l-iżvilupp ta’ approċċi ġodda jista’ jieħu snin ta’ xogħol. Għalhekk CK dar fuq Codex biex jgħin iħaffef dan il-proċess.
“Kien jeħodli għaxart ijiem biex noħroġ b’għaxar approssimazzjonijiet ġodda. B’Codex, dan jista’ jsir fi ftit minuti.”
CK jikteb approssimazzjoni biex l-istudenti tiegħu jirreveduha.
CK imexxi diskussjoni fi grupp għall-istudenti tiegħu fl-Università ta’ Arizona.
Approssimazzjoni matematika miktuba bl-idejn minn CK.
Teknoloġija ġdida, approċċi ġodda
Minħabba li t-toqob suwed jeżistu tant ’il bogħod mid-dinja, l-uniku mod biex jiġu studjati huwa billi titkejjel il-plażma li taqa’ fihom. CK joħloq simulazzjonijiet tal-plażma u mbagħad iqabbilhom mad-dejta osservazzjonali miġbura bit-teleskopji. “Madankollu, is-simulazzjonijiet ma jaslux biżżejjed,” jgħid CK. “Meta nqabblu s-simulazzjoni mal-osservazzjoni, nindunaw li l-plażma madwar it-toqob suwed għandha densità baxxa ħafna, għalhekk ma nistgħux verament napprossimaw il-plażma bħala fluwidu.” L-uniku mod kif CK jista’ jissimulaha b’mod korrett huwa billi jsegwi l-elettroni u l-joni individwali. “U dik hija problema sempliċement intrattabbli komputazzjonalment.”
CK juża Codex biex isib algoritmi numeriċi ġodda li jistgħu jgħinuh joħloq simulazzjonijiet aktar veloċi u aktar stabbli billi jimplimenta ħila ta’ aġent li kiteb hu. “B’Codex issa nistgħu niskopru awtomatikament trasformazzjonijiet ta’ koordinati u algoritmi ġodda li jistgħu jħaffu dawn il-kalkoli b’fattur ta’ 1000. Dan jippermettilna nagħmlu simulazzjonijiet li qabel ma kinux possibbli.”
CK xorta jrid jimplimenta u jivverifika kull approssimazzjoni li joħloq Codex, iżda dan l-approċċ ħaffef il-fluss tax-xogħol tiegħu u jħallih jiffoka aktar ħinu fuq ir-riċerka. (Aqra aktar fil-fond dwar ix-xjenza wara t-toqob suwed u x-xogħol ta’ CK.)
“Għal żmien twil ħafna, l-astronomi u x-xjenzati kellhom ikunu żviluppaturi eċċellenti biex isolvu l-problemi tagħna. AI tippermettilna niffokaw mill-ġdid fuq il-mistoqsijiet xjentifiċi minflok fuq il-parti tal-kodifikazzjoni.”
It-teleskopju tar-radju ta’ 12m tal-Kitt Peak Arizona Radio Observatory huwa wieħed minn ħdax-il osservatorju fin-netwerk Event Horizon Telescope.
Codex jgħin lil CK jirrevedi kodiċi xjentifiku u jaqbad żbalji fl-istatistika u fil-metodi numeriċi, u jgħinu jipproduċi riżultati aktar affidabbli.
CK ġewwa l-kamra tal-kontroll tat-teleskopju tar-radju ta’ 12m tal-Arizona Radio Observatory.
Il-futur tal-iskoperta
CK u t-tim Event Horizon Telescope bħalissa qed jiġbru dejta dwar it-toqob suwed; jittamaw li joħorġu l-ewwel immaġni miexja xi żmien fl-2027. CK huwa eċitat dwar dak li jista’ jitgħallem. “Jekk nirnexxielna naqbdu dan l-ewwel vidjo ta’ toqba sewda, dan jiftaħ era ġdida ta’ astrofisika tat-toqob suwed fuq skala tal-orizzont u fid-dominju taż-żmien,” jgħid. “Se jħallina nistudjaw kif iġib ruħu l-plażma f’uħud mill-aktar ambjenti estremi fl-univers.”
“Jekk int kurjuż dwar id-dinja ta’ madwarek, tibqa’ tfittex tweġibiet ġodda. U hekk nitgħallmu. Hekk navvanzaw it-teknoloġija tagħna, navvanzaw iċ-ċiviltà tagħna.” —Chi-kwan “CK” Chan
CK ma’ Ram, Nayera u Hayden, tlieta mill-istudenti tiegħu mill-Università ta’ Arizona li jaħdmu wkoll fuq l-analiżi tad-dejta tat-toqob suwed u l-ħolqien ta’ simulazzjonijiet ġodda.
“Jien ġej minn familja ordinarja f’Hong Kong. Għalhekk inħossni xxurtjat immens li nista’ naħdem fuq il-fruntiera tar-riċerka dwar it-toqob suwed.” —Chi-kwan “CK” Chan
“Il-bnedmin huma esploraturi. U l-astronomija hija l-fruntiera aħħarija tagħna fl-esplorazzjoni. Għalhekk dan huwa mod wieħed kif l-għarfien uman jista’ jasal sax-xifer tal-univers.”