Codul astrofizic revoluționar modelează rapid coliziunile stelare

Credit: Sagiv Shiber, LSU

„Octo-Tiger”, un cod astrofizic revoluționar, simulează evoluția gravitației de sine și a sistemelor rotative de geometrie arbitrară folosind rafinamentul de plasă adaptiv și o nouă metodă de paralelizare a codului pentru a atinge viteze mai mari.

Acest nou cod pentru modelarea coliziunilor stelare este mai rapid decât codul stabilit utilizat pentru simulările numerice. Cercetarea este rezultatul unei colaborări unice între informaticieni experimentali și astrofizicieni de la Departamentul de Fizică și Astronomie de la LSU, Centrul de Calcul și Tehnologie LSU, Universitatea Indiana din Kokomo și Universitatea Macquarie, Australia, culminând cu peste un an de teste de referință și simulări științifice, susținute de mai multe subvenții NSF, inclusiv una special concepută pentru a sparge bariera dintre calcul și astrofizică.

„Datorită unui efort semnificativ în această colaborare, avem acum un cadru de calcul fiabil pentru a simula fuziunile stelare”, a declarat Patrick Motl, profesor de fizică la Universitatea Indiana din Kokomo. „Prin reducerea drastică a timpului de calcul necesar pentru a finaliza o simulare, putem începe să punem noi întrebări la care nu s-a putut răspunde atunci când o singură simulare de îmbinare a fost valoroasă și consumatoare de timp. Putem explora mai mult spațiu de parametri, putem privi o simulare la o rezoluție spațială foarte mare sau pentru perioade mai lungi după o îmbinare și putem extinde simulările pentru a include modele fizice mai complete prin încorporarea transferului radiativ, de exemplu.

Acest film prezintă o simulare a două Octo-Tiger pitic alb stele care orbitează reciproc. Privim cele două stele când încep să se contopească. Culoarea indică densitatea gazului în planul orbital sau median, cu maro indicând cel mai dens gaz și albastru cel mai puțin dens. Săgețile indică viteza gazului. Săgețile roșii corespund vitezei mari de 1000 km / s, iar săgețile albastre corespund vitezei mici de 1 km / s. Timpul este afișat în secunde în colțul din stânga sus. Binarul orbitează inițial la fiecare două minute, iar timpul total simulat este mai mic de două ore, care sunt ultimele ore din viața acelui binar înainte de fuzionare. Credit: Sagiv Shiber, LSU

READ  Mai întâi pentru NASA. Oamenii de știință colectează cu succes dovezi pe suprafața unui asteroid

Recent publicat în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, „Octo-Tiger: A New 3D Hydrodynamic Code for Stellar Fusion Using HPX Parallelization”, examinează performanța și acuratețea codului prin teste de referință. Autorii, dr. Dominic C. Marcello, cercetător postdoctoral; Dr. Sagiv Shiber, cercetător postdoctoral; Dr. Juhan Frank, profesor; Dr. Geoffrey C. Clayton, profesor; Dr. Patrick Diehl, cercetător științific; și Dr. Hartmut Kaiser, cercetător, Universitatea de Stat din Louisiana – cu colaboratorii Dr. Orsola De Marco, profesor la Universitatea Macquarie și Dr. Patrick M. Motl, profesor la Universitatea Indiana Kokomo – și-au comparat rezultatele cu soluții analitice, acolo unde sunt cunoscute, și alte coduri bazate pe rețea, precum popularul FLASH. În plus, au calculat interacțiunea dintre doi pitici albi de la primul transfer de masă până la fuziune și au comparat rezultatele cu simulările anterioare ale unor sisteme similare.

„Un test pe cel mai rapid supercomputer din Australia, Gadi (nr. 25 în Top 500 mondial), a arătat că Octo-Tiger, care rulează pe mai mult de 80.000 de nuclee, arată performanțe excelente pentru modelele mari de stele care fuzionează”, a spus De Marco. „Cu Octo-Tiger, nu putem reduce doar dramatic timpul de așteptare, dar modelele noastre pot răspunde la multe alte întrebări pe care dorim să le punem.”

Octo-Tiger este în prezent optimizat pentru a simula fuziunea stelelor bine rezolvate care pot fi aproximate de structuri barotrope, cum ar fi piticele albe sau stelele secvenței principale. Rezolvatorul gravitațional păstrează impulsul unghiular pentru precizia mașinii, datorită unui algoritm de corecție. Acest cod utilizează paralelizarea HPX, permițând suprapunerea muncii și comunicării și conducând la proprietăți de scalare excelente pentru a rezolva probleme mari în intervale de timp mai scurte.

READ  Votul electoral este „atât o artă, cât și o știință”

„Acest articol arată cum un sistem de execuție asincron bazat pe sarcini poate fi folosit ca o alternativă practică la interfața de mesagerie pentru a susține o problemă astrofizică importantă”, a spus Diehl.

Cercetarea descrie domeniile actuale și planificate de dezvoltare care vizează abordarea unui număr de fenomene fizice legate de observații tranzitorii.

„Deși interesul nostru special pentru cercetare este în fuziunile stelare și consecințele acestora, există o varietate de probleme în astrofizică de calcul pe care Octo-Tiger le poate rezolva cu infrastructura sa de bază pentru fluidele auto-gravitante”, a spus Motl.

Animația de mai jos a fost pregătită de Shiber, care spune: „Octo-Tiger prezintă performanțe remarcabile atât în precizie soluții și la scara a zeci de mii de nuclee. Aceste rezultate demonstrează Octo-Tiger ca un cod ideal pentru modelarea transferului de masă în sistemele binare și simularea fuziunilor stelare. “

Referință: „Octo-Tiger: un nou cod hidrodinamic 3D pentru fuziuni stelare care utilizează paralelizarea HPX” Dominic C Marcello, Sagiv Shiber, Orsola De Marco, Juhan Frank, Geoffrey C Clayton, Patrick M Motl, Patrick Diehl și Hartmut Kaiser, 10 aprilie , 2021, Anunțuri lunare de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab937

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *