Crearea de noi simulări ale găurilor negre cu Codex
Un astrofizician computațional explorează marginile universului cunoscut în timp ce lucrează la construirea primei imagini în mișcare a unei găuri negre.
„Aceste instrumente schimbă felul în care facem știință într-un mod foarte fundamental.”
Studierea marginii universului
Găurile negre există la marginea universului nostru și sunt obiecte cerești dificil de studiat pentru astronomi. Ele nu emit lumină, nu pot fi capturate direct pentru că sunt atât de departe — ai avea nevoie de un telescop de mărimea Pământului ca să vezi una — iar fizica ce le guvernează nu se potrivește întotdeauna cu înțelegerea noastră actuală.
Nimic din toate acestea nu este o noutate pentru astrofizicianul computațional Chi-kwan „CK” Chan. CK, profesor la University of Arizona, studiază găurile negre de peste 20 de ani. În 2019, a făcut parte din colaborarea Event Horizon Telescope, care a produs prima imagine a unei găuri negre. Anul acesta, cu sprijinul National Science Foundation(se deschide într-o fereastră nouă), urmăresc un obiectiv și mai ambițios: crearea primei imagini în mișcare a unei găuri negre.
CK colectează date de la radiotelescopul de 12 m Arizona Radio Observatory de la Kitt Peak National Observatory.
„Găurile negre s-au bazat inițial pe teorie. Așa că este extraordinar de captivant că le putem observa.” — Chi-kwan „CK” Chan
Pentru a înțelege ce lipsește, este nevoie să construim modele mai bune: aproximări matematice care descriu cum se comportă materia în condiții extreme. Dar aceste ecuații sunt incredibil de complexe. Chiar și cele mai mari supercomputere întâmpină dificultăți în a le rezolva, iar dezvoltarea de noi abordări poate necesita ani de muncă. Așa că CK a apelat la Codex pentru a contribui la accelerarea acestui proces.
„Mi-ar lua zece zile să găsesc zece noi aproximări. Cu Codex, acest lucru se poate face în câteva minute.”
CK scrie o aproximare pe care studenții săi să o revizuiască.
CK conduce o discuție de grup pentru studenții săi la University of Arizona.
O aproximare matematică scrisă de mână de CK.
Tehnologie nouă, abordări noi
Deoarece găurile negre există atât de departe de Pământ, singura modalitate de a le studia este măsurarea plasmei care cade în ele. CK creează simulări ale plasmei și apoi le compară cu datele observaționale colectate la telescoape. „Cu toate acestea, simulările sunt insuficiente”, spune CK. „Când comparăm simularea cu observația, ne dăm seama că plasma din jurul găurilor negre are o densitate foarte scăzută, așa că nu putem aproxima cu adevărat plasma ca pe un fluid.” Singura modalitate prin care CK le poate simula corect este urmărind electronii și ionii individuali. „Iar aceasta este pur și simplu o problemă imposibil de gestionat computațional.”
CK folosește Codex pentru a găsi noi algoritmi numerici care îl pot ajuta să creeze simulări mai rapide și mai stabile, implementând o abilitate de agent pe care a scris-o. „Cu Codex, acum putem descoperi automat noi transformări de coordonate și algoritmi care pot accelera aceste calcule de 1000 de ori. Ne permite să facem simulări care înainte nu erau posibile.”
CK încă trebuie să implementeze și să verifice fiecare aproximare creată de Codex, dar această abordare i-a accelerat fluxul de lucru și îi permite să se concentreze mai mult timp asupra cercetării. (Aprofundează știința din spatele găurilor negre și a muncii lui CK.)
„Foarte mult timp, astronomii și oamenii de știință au trebuit să fie dezvoltatori excelenți pentru a ne rezolva problemele. AI ne permite să ne concentrăm din nou asupra întrebărilor științifice, nu asupra părții de programare.”
Radiotelescopul de 12 m Kitt Peak Arizona Radio Observatory este unul dintre cele unsprezece observatoare din rețeaua Event Horizon Telescope.
Codex îl ajută pe CK să revizuiască cod științific și să depisteze greșeli în statistici și metode numerice, ajutându-l să producă rezultate mai fiabile.
CK în camera de control a radiotelescopului de 12 m de la Arizona Radio Observatory.
Viitorul descoperirilor
CK și echipa Event Horizon Telescope colectează în prezent date despre găuri negre; speră să publice prima imagine în mișcare cândva în 2027. CK este entuziasmat de ceea ce ar putea afla. „Dacă reușim să capturăm acest prim videoclip al unei găuri negre, va deschide o nouă eră a astrofizicii găurilor negre la scara orizontului și în domeniul temporal”, spune el. „Ne va permite să studiem cum se comportă plasma în unele dintre cele mai extreme medii din univers.”
„Dacă ești curios în privința lumii din jurul tău, vei continua să cauți răspunsuri noi. Și așa învățăm. Așa ne dezvoltăm tehnologia, ne dezvoltăm civilizația.” — Chi-kwan „CK” Chan
CK cu Ram, Nayera și Hayden, trei dintre studenții săi de la University of Arizona, care lucrează și la analiza datelor despre găuri negre și la crearea de noi simulări.
„Provin dintr-o familie simplă din Hong Kong. Așa că mă simt incredibil de norocos că pot lucra la frontiera cercetării găurilor negre.” — Chi-kwan „CK” Chan
„Oamenii sunt exploratori. Iar astronomia este frontiera noastră supremă în explorare. Așadar, aceasta este o modalitate prin care cunoașterea umană poate ajunge la marginea universului.”