Стварање нових симулација црних рупа уз Codex
Рачунарски астрофизичар истражује рубове познатог универзума док ради на стварању прве покретне слике црне рупе.
„Ови алати мењају начин на који се бавимо науком на веома темељан начин.”
Proučavanje ivice univerzuma
Crne rupe postoje na ivici našeg univerzuma i astronomima su teški nebeski objekti za proučavanje. Ne emituju svetlost, ne mogu se direktno uhvatiti jer su tako daleko - potreban bi vam teleskop veličine zemlje da biste ga videli - a fizika koja njima upravlja ne podudara se uvek sa našim trenutnim razumevanjem.
Ništa od ovoga nije vest za računarskog astrofizičara Chi-kvana „CK“ Čana. CK, profesor na Univerzitetu u Arizoni, proučava crne rupe više od 20 godina. Godine 2019. bio je deo saradnje sa teleskopom Event Horizon koja je proizvela prvu sliku crne rupe. Ove godine, uz podršku Nacionalne naučne fond(отвара се у новом прозору) acije, oni teže još ambicioznijem cilju: stvaranju prve pokretne slike crne rupe.
CK прикупља податке са радио-телескопа од 12 m Опсерваторије радио-астрономије Аризоне у Националној опсерваторији Кит Пик.
„Црне рупе су првобитно биле засноване на теорији. Зато је изузетно узбудљиво што можемо да их посматрамо.” —Чи-кван „CK“ Чан
Разумевање онога што недостаје захтева изградњу бољих модела: математичких апроксимација које описују како се материја понаша у екстремним условима. Али ове једначине су невероватно сложене. Чак и највећи суперрачунари муку муче да их реше, а развој нових приступа може захтевати године рада. Зато се CK окренуо Codex-у како би убрзао овај процес.
„Требало би ми десет дана да осмислим десет нових апроксимација. Уз Codex, то може да се уради за неколико минута.”
CK исписује апроксимацију коју његови студенти треба да прегледају.
CK води групну дискусију за своје студенте на Универзитету у Аризони.
Руком написана математичка апроксимација CK-а.
Нова технологија, нови приступи
Пошто су црне рупе толико удаљене од Земље, једини начин да се проучавају јесте мерење плазме која пада у њих. CK ствара симулације плазме, а затим их упоређује са подацима посматрања прикупљеним телескопима. „Међутим, симулације нису довољне”, каже CK. „Када упоредимо симулацију са посматрањем, схватамо да је плазма око црних рупа веома мале густине, па плазму не можемо заиста да апроксимирамо као флуид.” Једини начин да их CK исправно симулира јесте да прати појединачне електроне и јоне. „А то је просто рачунарски нерешив проблем.”
CK користи Codex да пронађе нове нумеричке алгоритме који му могу помоћи да ствара брже, стабилније симулације применом вештине агента коју је написао. „Уз Codex сада можемо аутоматски да откривамо нове трансформације координата и алгоритме који могу да убрзају ове прорачуне 1000 пута. То нам омогућава да радимо симулације које раније нису биле могуће.”
CK и даље мора да имплементира и провери сваку апроксимацију коју Codex направи, али овај приступ је убрзао његов ток рада и омогућава му да више времена посвети истраживању. (Сазнајте више о науци иза црних рупа и CK-овог рада.)
„Веома дуго су астрономи и научници морали да буду изврсни програмери да би решили наше проблеме. AI нам омогућава да се поново усредсредимо на научна питања уместо на део који се тиче кодирања.”
Радио-телескоп Kitt Peak Arizona Radio Observatory од 12 m једна је од једанаест опсерваторија у мрежи Event Horizon Telescope.
Codex помаже CK-у да прегледа научни код и уочи грешке у статистици и нумеричким методама, помажући му да добије поузданије резултате.
CK у контролној соби радио-телескопа од 12 m Опсерваторије радио-астрономије Аризоне.
Будућност открића
CK и тим Event Horizon Telescope тренутно прикупљају податке о црним рупама; надају се да ће прву покретну слику објавити негде током 2027. CK је узбуђен због онога што би могао да научи. „Ако успешно снимимо овај први видео црне рупе, то ће отворити нову еру астрофизике црних рупа на скали хоризонта, у временском домену”, каже он. „Омогућиће нам да проучавамо како се плазма понаша у неким од најекстремнијих окружења у универзуму.”
„Ако сте радознали у вези са светом око себе, наставићете да тражите нове одговоре. И тако учимо. Тако унапређујемо своју технологију, унапређујемо своју цивилизацију.” —Чи-кван „CK“ Чан
CK са Рамом, Најером и Хејденом, троје његових студената са Универзитета у Аризони који такође раде на анализи података о црним рупама и стварању нових симулација.
„Потичем из породице скромног порекла у Хонгконгу. Зато се осећам невероватно срећним што могу да радим на граници истраживања црних рупа.” —Чи-кван „CK“ Чан
„Људи су истраживачи. А астрономија је наша крајња граница истраживања. Зато је ово један начин да људско знање досегне руб универзума.”