Răspândirea codului de astrofizică funcționează pe modelarea rapidă a coliziunilor stelare

„Octo-Tiger”, un cod astrofizic avansat, simulează evoluția sistemelor gravitaționale și rotaționale autonome de geometrie arbitrară utilizând optimizarea rețelei adaptive și o nouă metodă de echilibrare a lamei pentru a atinge viteze ultra-rapide.

Acest nou cod pentru modelarea coliziunilor stelare este mai rapid decât codul utilizat pentru simulările numerice. Cercetarea a venit dintr-o colaborare unică între informaticieni experimentali și astrofizicieni de la Departamentul de fizică și astronomie al LSU, Centrul de calcul și tehnologie LSU, Universitatea Indiana Kokomo și Universitatea Macquarie, Australia, și a culminat cu mai mult de un an de testări standardizate și simulări științifice, susținute de mai multe subvenții NSF, inclusiv una special concepută pentru a sparge bariera dintre informatică și astrofizică.

„Datorită eforturilor depuse prin această colaborare, avem acum un cadru algoritmic de încredere pentru a simula fuziunile stelare”, a declarat Patrick Motel, profesor de fizică la Universitatea Indiana Kokomo. „Prin reducerea considerabilă a timpului de calcul pentru a finaliza simularea, putem începe să punem noi întrebări care nu au putut fi abordate atunci când simularea de fuziune unică a fost prea prețioasă și consumatoare de timp. Am putea explora mai mulți parametri spațiali, examina simulări cu spațiale foarte mari precizie sau pentru perioade mai lungi după îmbinare, putem extinde simulările la modele fizice mai complete prin integrarea transportului radiativ, de exemplu. ”

Acest film prezintă o simulare Octo-Tiger a două persoane pitic alb Stelele sunt pe orbită una în jurul celeilalte. Ne uităm la cele două stele când încep să se contopească. Culoarea indică cât de dens este un gaz pe orbită sau în mijlocul planului, cu un gaz maro care denotă mai dens și albastru mai puțin dens. Săgețile indică viteza gazului. Săgețile roșii corespund vitezei de până la 1.000 km / s, iar săgețile albastre corespund vitezei de până la 1 km / s. Timpul în secunde este afișat în colțul din stânga sus. Sistemul binar finalizează inițial o orbită la fiecare două minute, iar timpul total de simulare este mai mic de două ore, ceea ce reprezintă ultimele ore din viața acestui binar înainte de fuzionare. Credit: Sagiv Shiber, LSU

Publicat recent în Notificările lunare ale Societății Astronomice Regale, „Octo-Tiger: New 3D Hydrodynamic Code for Stellar Fergers Using HPX Parallelisation”, investighează performanța și acuratețea codului cu un test de referință. Autorii d. Dominic C. Marcelo este cercetător postdoctoral. Sajiv Scheiber, cercetător postdoctoral, Dr. Johann Frank Profesor; Geoffrey C. Clayton, profesor; Dr. .. Dr. .. Patrick Dell, cercetător; Și dr. Hartmut Kaiser, cercetător de la Universitatea de Stat din Louisiana – împreună cu colaboratorii Dr. Ursula de Marco, profesor la Universitatea Macquarie și Dr. Patrick M. Motell, profesor la Indiana University Cocomo – compară rezultatele lor cu soluțiile analitice, atunci când știu, și alte coduri bazate pe rețea Ca faimosul FLASH. În plus, au calculat interacțiunea a două pitici albi de la transferul timpuriu de masă la încorporare și au comparat rezultatele cu simulările anterioare ale unor sisteme similare.

„Un test pe cel mai rapid supercomputer din Australia, Gadi (locul 25 în top 500 din lume), a arătat că Octo-Tiger, care are mai mult de 80.000 de nuclee, prezintă performanțe excelente pentru modelele mari de stele încorporate”, a spus de Marco. „Cu Octo-Tiger, nu numai că putem reduce drastic timpul de așteptare, dar modelele noastre pot răspunde la numeroasele întrebări care ne interesează.”

Octo-Tiger este în prezent optimizat pentru a simula fuziunea stelelor bine rezolvată, care poate fi aproximată prin structuri barotrope, cum ar fi piticii albi sau stelele cu secvență principală. Rezolvatorul gravitațional menține impulsul unghiular al preciziei instrumentului, datorită algoritmului de corecție. Acest cod utilizează paralelismul HPX, permițând suprapunerea între afaceri și comunicare și rezultând în proprietăți de scalare excelente pentru a rezolva probleme mari în intervale de timp mai scurte.

„Această lucrare demonstrează modul în care un sistem de runtime asincron bazat pe sarcini poate fi utilizat ca alternativă viabilă la o interfață de transmitere a mesajelor pentru a susține o problemă astrofizică importantă”, a spus Diehl.

Cercetarea identifică domeniile de dezvoltare actuale și planificate care vizează abordarea unui număr de fenomene fizice asociate observațiilor tranzitorii.

„În timp ce interesul nostru special pentru cercetare se concentrează asupra fuziunilor stelare și a consecințelor acestora, există o varietate de probleme în astrofizică computațională pe care Octo-Tiger le poate aborda prin infrastructura sa centrală de fluid autogravitațional”, a spus Motl.

Animația de mai jos a fost pregătită de Shiber, care a spus: „Octo-Tiger arată performanțe extraordinare în ambele Sănătate De la soluții și scalare la zeci de mii de nuclee. Aceste rezultate ilustrează Octo-Tiger ca un cod ideal pentru modelarea transferului de masă în sistemele binare și pentru simularea fuziunilor stelare. „

Referința: „Octo-Tiger: Un nou cod hidrodinamic 3D pentru fuziunile stelare care utilizează paralelismul HPX” Dominic C. Marcello, Sajif Scheiber, Ursula de Marco, Johann Frank, Geoffrey C. Clayton, Patrick M Motel, Patrick Dell și Hartmut Kaiser, 10 aprilie 2021, Notificări lunare ale Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab937