Tvorba nových simulácií čiernych dier s Codexom
Výpočtový astrofyzik skúma okraje známeho vesmíru a pracuje na vytvorení prvého pohyblivého obrazu čiernej diery.
„Tieto nástroje veľmi zásadne menia spôsob, akým robíme vedu.“
Skúmanie okraja vesmíru
Čierne diery existujú na okraji nášho vesmíru a pre astronómov sú náročnými nebeskými objektmi na skúmanie. Nevyžarujú svetlo, nemožno ich priamo zachytiť, pretože sú také vzdialené – na pozorovanie jednej by ste potrebovali teleskop veľkosti Zeme – a fyzika, ktorá ich riadi, nie vždy zodpovedá nášmu súčasnému chápaniu.
Pre výpočtového astrofyzika Chi-kwana „CK“ Chana to nie je žiadna novinka. CK, profesor na Arizonskej univerzite, skúma čierne diery už viac než 20 rokov. V roku 2019 bol súčasťou spolupráce Event Horizon Telescope, ktorá vytvorila prvý obraz čiernej diery. Tento rok sa s podporou Národnej vedeckej nadácie(otvorí sa v novom okne) usilujú o ešte ambicióznejší cieľ: vytvoriť prvý pohyblivý obraz čiernej diery.
CK zhromažďuje údaje z 12-metrového rádioteleskopu Arizona Radio Observatory v Národnom observatóriu Kitt Peak.
„Čierne diery boli pôvodne založené na teórii. Preto je mimoriadne vzrušujúce, že ich dokážeme pozorovať.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
Pochopenie toho, čo chýba, si vyžaduje vytvárať lepšie modely: matematické aproximácie, ktoré opisujú, ako sa hmota správa v extrémnych podmienkach. Tieto rovnice sú však neuveriteľne zložité. Aj tie najväčšie superpočítače majú problém ich riešiť a vývoj nových prístupov môže trvať roky práce. CK sa preto obrátil na Codex, aby mu pomohol tento proces zrýchliť.
„Vymyslieť desať nových aproximácií by mi trvalo desať dní. S Codexom sa to dá zvládnuť za pár minút.“
CK vypisuje aproximáciu, ktorú majú jeho študenti skontrolovať.
CK vedie skupinovú diskusiu pre svojich študentov na Arizonskej univerzite.
Rukou písaná matematická aproximácia od CK.
Nová technológia, nové prístupy
Keďže čierne diery existujú veľmi ďaleko od Zeme, jediný spôsob, ako ich skúmať, je merať plazmu, ktorá do nich padá. CK vytvára simulácie plazmy a potom ich porovnáva s pozorovacími údajmi získanými teleskopmi. „Simulácie však nestačia,“ hovorí CK. „Keď porovnáme simuláciu s pozorovaním, zistíme, že plazma okolo čiernych dier má veľmi nízku hustotu, takže ju v skutočnosti nemôžeme aproximovať ako kvapalinu.“ Jediný spôsob, ako ich CK dokáže správne simulovať, je sledovať jednotlivé elektróny a ióny. „A to je výpočtovo jednoducho nezvládnuteľný problém.“
CK používa Codex na hľadanie nových numerických algoritmov, ktoré mu môžu pomôcť vytvárať rýchlejšie a stabilnejšie simulácie implementovaním zručnosti agenta, ktorú napísal. „Vďaka Codexu teraz dokážeme automaticky objavovať nové transformácie súradníc a algoritmy, ktoré môžu tieto výpočty zrýchliť 1000-násobne. Umožňuje nám to robiť simulácie, ktoré predtým neboli možné.“
CK musí stále implementovať a overiť každú aproximáciu, ktorú Codex vytvorí, no tento prístup zrýchlil jeho pracovný postup a umožňuje mu venovať viac času výskumu. (Ponorte sa hlbšie do vedy o čiernych dierach a CK-ovej práci.)
„Astronómovia a vedci museli veľmi dlho byť výbornými vývojármi, aby dokázali riešiť naše problémy. AI nám umožňuje znovu sa sústrediť na vedecké otázky namiesto kódovania.“
12-metrový rádioteleskop Kitt Peak Arizona Radio Observatory je jedným z jedenástich observatórií v sieti Event Horizon Telescope.
Codex pomáha CK kontrolovať vedecký kód a odhaľovať chyby v štatistike a numerických metódach, čo mu pomáha dosahovať spoľahlivejšie výsledky.
CK v riadiacej miestnosti 12-metrového rádioteleskopu Arizona Radio Observatory.
Budúcnosť objavovania
CK a tím Event Horizon Telescope momentálne zhromažďujú údaje o čiernych dierach; dúfajú, že prvý pohyblivý obraz zverejnia niekedy v roku 2027. CK sa teší na to, čo sa môže dozvedieť. „Ak sa nám podarí zachytiť toto prvé video čiernej diery, otvorí to novú éru astrofyziky čiernych dier na škále horizontu a v časovej doméne,“ hovorí. „Umožní nám to skúmať, ako sa plazma správa v niektorých z najextrémnejších prostredí vo vesmíre.“
„Ak ste zvedaví na svet okolo seba, jednoducho budete stále hľadať nové odpovede. A takto sa učíme. Takto posúvame našu technológiu, posúvame našu civilizáciu.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
CK s Ramom, Nayerou a Haydenom, tromi zo svojich študentov z Arizonskej univerzity, ktorí tiež pracujú na analýze údajov o čiernych dierach a tvorbe nových simulácií.
„Pochádzam z obyčajnej rodiny v Hongkongu. Preto sa cítim neuveriteľne šťastný, že môžem pracovať na hranici výskumu čiernych dier.“ —Chi-kwan „CK“ Chan
„Ľudia sú objavitelia. A astronómia je našou najzazšou hranicou objavovania. Takto môže ľudské poznanie dosiahnuť okraj vesmíru.“