AI zbulon se si krijohen vrimat e zeza

Sado të ndryshme që mund të duken, vrimat e zeza dhe Las Vegas kanë një gjë të përbashkët: ajo që ndodh atje mbetet atje – shumë për zhgënjimin e astrofizikanëve që përpiqen të kuptojnë se si, kur dhe pse vrimat e zeza formohen dhe rriten.

Vrimat e zeza janë të rrethuara nga një shtresë misterioze, e padukshme – horizonti i ngjarjeve – nga i cili asgjë nuk mund të shpëtojë, qoftë lënda, dritë apo informacion. Horizonti i ngjarjeve gëlltit çdo pjesë të dëshmisë për të kaluarën e vrimës së zezë.

“Për shkak të këtyre fakteve fizike, ishte menduar e pamundur të matej se si u formuan vrimat e zeza,” tha Peter Behroozi, një profesor i asociuar në Observatorin Steward të Universitetit të Arizonës dhe një studiues projekti në Observatorin Kombëtar Astronomik të Japonisë.

Së bashku me Haowen Zhang, një student i doktoraturës në Steward, Behroozi drejtoi një ekip ndërkombëtar për të përdorur mësimin e makinerive dhe superkompjuterët për të rindërtuar historitë e rritjes së vrimave të zeza, duke zbërthyer në mënyrë efektive horizontet e tyre të ngjarjeve për të zbuluar se çfarë qëndron përtej.

Simulimet e miliona “universeve” të gjeneruara nga kompjuteri zbuluan se vrimat e zeza supermasive rriten në hap me galaktikat e tyre pritëse. Kjo dyshohej për 20 vjet, por shkencëtarët nuk kishin mundur ta konfirmonin këtë lidhje deri më tani. Një punim me gjetjet e ekipit është botuar në Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

“Nëse ktheheni në kohët e hershme dhe të hershme në univers, do të zbuloni se ekzaktësisht e njëjta marrëdhënie ishte e pranishme,” tha Behroozi, një bashkëautor në gazetë. “Pra, ndërsa galaktika rritet nga e vogla në e madhe, vrima e saj e zezë gjithashtu po rritet nga e vogla në e madhe, pikërisht në të njëjtën mënyrë siç shohim sot në galaktikat në të gjithë universin.”

Shumica, nëse jo të gjitha, galaktikat e shpërndara në të gjithë kozmosin mendohet se strehojnë një vrimë të zezë supermasive në qendër të tyre. Këto vrima të zeza grumbullojnë masa më të mëdha se 100,000 herë më shumë se dielli, me disa që mburren me miliona, madje miliarda masa diellore. Një nga pyetjet më shqetësuese të astrofizikës ka qenë se si këta gjigantë rriten aq shpejt sa rriten dhe si formohen në radhë të parë.

Për të gjetur përgjigje, Zhang, Behroozi dhe kolegët e tyre krijuan Trinity, një platformë që përdor një formë të re të mësimit të makinerive të aftë për të gjeneruar miliona universe të ndryshëm në një superkompjuter, secila prej të cilave u bindet teorive të ndryshme fizike për mënyrën se si duhet të formohen galaktikat. Studiuesit ndërtuan një kornizë në të cilën kompjuterët propozojnë rregulla të reja për mënyrën sesi vrimat e zeza supermasive rriten me kalimin e kohës.

Më pas ata përdorën këto rregulla për të simuluar rritjen e miliarda vrimave të zeza në një univers virtual dhe “vëzhguan” universin virtual për të testuar nëse ai pajtohej me dekada të vëzhgimeve aktuale të vrimave të zeza në të gjithë universin real. Pas miliona grupesh rregullash të propozuara dhe të refuzuara, kompjuterët u vendosën në rregulla që përshkruanin më së miri vëzhgimet ekzistuese.

“Ne po përpiqemi të kuptojmë rregullat se si formohen galaktikat,” tha Behroozi. “Me pak fjalë, ne e bëjmë Trinity të hamendësojë se cilat mund të jenë ligjet fizike dhe i lëmë të shkojnë në një univers të simuluar dhe të shohim se si del ai univers. A duket diçka si ai i vërtetë apo jo?”

Sipas studiuesve, kjo qasje funksionon po aq mirë për çdo gjë tjetër brenda universit, jo vetëm për galaktikat.

Emri i projektit, Trinity, i referohet tre fushave kryesore të studimit: galaktikat, vrimat e tyre të zeza supermasive dhe halot e tyre të materies së errët – fshikëza të mëdha të materies së errët që janë të padukshme për matjet e drejtpërdrejta, por ekzistenca e të cilave është e nevojshme për të shpjeguar karakteristikat fizike. e galaktikave kudo. Në studimet e mëparshme, studiuesit përdorën një version të mëparshëm të kornizës së tyre, të quajtur UniverseMachine, për të simuluar miliona galaktika dhe aureolët e tyre të materies së errët. Ekipi zbuloi se galaktikat që rriten në aureolët e tyre të materies së errët ndjekin një marrëdhënie shumë specifike midis masës së aureolës dhe masës së galaktikës.

“Në punën tonë të re, ne shtuam vrimat e zeza në këtë marrëdhënie,” tha Behroozi, “dhe më pas pyetëm se si vrimat e zeza mund të rriteshin në ato galaktika për të riprodhuar të gjitha vëzhgimet që njerëzit kanë bërë rreth tyre.”

“Ne kemi vëzhgime shumë të mira të masave të vrimave të zeza,” tha Zhang, autori kryesor i gazetës. “Megjithatë, ato janë kryesisht të kufizuara në universin lokal. Ndërsa shikoni më larg, bëhet gjithnjë e më e vështirë dhe përfundimisht e pamundur, të maten me saktësi marrëdhëniet midis masave të vrimave të zeza dhe galaktikave të tyre pritëse. Për shkak të kësaj pasigurie, vëzhgimet mund të Nuk na tregoni drejtpërdrejt nëse kjo marrëdhënie qëndron në të gjithë universin.”

Trinity lejon astrofizikanët të anashkalojnë jo vetëm atë kufizim, por edhe pengesën e informacionit të horizontit të ngjarjeve për vrimat e zeza individuale duke bashkuar informacionin nga miliona vrima të zeza të vëzhguara në faza të ndryshme të rritjes së tyre. Edhe pse asnjë histori individuale e vrimës së zezë nuk mund të rindërtohej, studiuesit mund të masin historinë mesatare të rritjes së të gjitha vrimave të zeza të marra së bashku.

“Nëse vendosni vrima të zeza në galaktikat e simuluara dhe vendosni rregulla se si ato rriten, ju mund ta krahasoni universin që rezulton me të gjitha vëzhgimet e vrimave të zeza aktuale që kemi,” tha Zhang. “Më pas ne mund të rindërtojmë se si dukej çdo vrimë e zezë dhe galaktikë në univers që nga sot deri në fillimin e kozmosit”.

Simulimet hedhin dritë mbi një tjetër fenomen të çuditshëm: vrimat e zeza supermasive – si ajo e gjetur në qendër të Rrugës së Qumështit – u rritën më fuqishëm gjatë foshnjërisë së tyre, kur universi ishte vetëm disa miliardë vjeç, vetëm për t’u ngadalësuar në mënyrë dramatike gjatë kohë pasuese, gjatë 10 miliardë viteve të fundit apo më shumë.

“Ne e dimë për një kohë që galaktikat kanë këtë sjellje të çuditshme, ku ato arrijnë një kulm në shkallën e tyre të formimit të yjeve të rinj, pastaj zvogëlohet me kalimin e kohës dhe më vonë, ato ndalojnë së formuari yje fare,” tha Behroozi. “Tani, ne kemi qenë në gjendje të tregojmë se vrimat e zeza bëjnë të njëjtën gjë: rriten dhe mbyllen në të njëjtën kohë me galaktikat e tyre pritëse. Kjo konfirmon një hipotezë dekadash për rritjen e vrimave të zeza në galaktika.”

Megjithatë, rezultati shtron më shumë pyetje, shtoi ai. Vrimat e zeza janë shumë më të vogla se galaktikat në të cilat jetojnë. Nëse Rruga e Qumështit do të zvogëlohej në madhësinë e Tokës, vrima e zezë e saj supermasive do të ishte sa madhësia e periudhës në fund të kësaj fjalie.

Që vrima e zezë të dyfishohet në masë brenda të njëjtit afat kohor si galaktika më e madhe, kërkon sinkronizim midis rrjedhave të gazit në shkallë shumë të ndryshme. Se si vrimat e zeza komplotojnë me galaktikat për të arritur këtë ekuilibër është ende për t’u kuptuar.

“Unë mendoj se gjëja me të vërtetë origjinale për Trinity është se ai na ofron një mënyrë për të gjetur se çfarë lloj lidhjesh midis vrimave të zeza dhe galaktikave janë në përputhje me një shumëllojshmëri të gjerë të grupeve të të dhënave të ndryshme dhe metodave vëzhguese,” tha Zhang.

“Algoritmi na lejon të zgjedhim saktësisht ato marrëdhënie midis halove të materies së errët, galaktikave dhe vrimave të zeza që janë në gjendje të riprodhojnë të gjitha vëzhgimet që janë bërë. Në thelb na thotë, ‘OK, duke pasur parasysh të gjitha këto të dhëna, ne e dimë lidhjen mes galaktikave dhe vrimave të zeza duhet të duken kështu, e jo ashtu.’ Dhe kjo qasje është jashtëzakonisht e fuqishme”.