Пробиването на астрофизичния код работи върху бързо моделиране на звездни сблъсъци

„Octo-Tiger“, усъвършенстван астрофизичен код, симулира еволюцията на автономни гравитационни и ротационни системи с произволна геометрия, използвайки адаптивна мрежова оптимизация и нов метод за балансиране на ножовете за постигане на свръхбързи скорости.

Този нов код за моделиране на звездни сблъсъци е по-бърз от кода, използван за числени симулации. Изследването идва от уникално сътрудничество между експериментални компютърни учени и астрофизици от Катедрата по физика и астрономия на LSU, Център за изчисления и технологии на LSU, Университета Индиана Кокомо и Университета Macquarie, Австралия, и завърши с повече от година стандартизирани тестове и научни симулации, подкрепени от множество безвъзмездни средства от NSF, Включително такава, специално разработена за пробив на бариерата между компютърните науки и астрофизиката.

„Благодарение на много усилия чрез това сътрудничество, сега имаме надеждна алгоритмична рамка за симулиране на звездни сливания“, каза Патрик Мотел, професор по физика в Университета в Индиана Кокомо. „Чрез значително намаляване на изчислителното време за завършване на симулацията, можем да започнем да задаваме нови въпроси, които не могат да бъдат разгледани, когато единичната симулация на синтез е твърде ценна и отнема много време. Можем да изследваме повече параметри пространство, да разгледаме симулации с много висока пространствена точност или за по-дълги периоди след сливане, Можем да разширим симулациите до по-пълни физически модели, като интегрираме например радиационен транспорт. “

Този филм включва окто-тигрова симулация на двама души Бяло джудже Звездите са в орбита една около друга. Гледаме двете звезди, когато започнат да се сливат заедно. Цветът показва колко плътен е газът в орбитата или средната равнина, като кафявото показва най-плътния газ, а синьото показва най-малко плътното. Стрелките показват скоростта на газа. Червените стрелки съответстват на скорости до 1000 km / s, а сините стрелки съответстват на скорости до 1 km / s. Времето в секунди е показано в горния ляв ъгъл. Бинарната система първоначално завършва орбита на всеки две минути и общото време на симулация е по-малко от два часа, което представлява последните часове в живота на тази двоична система преди сливането. Кредит: Сагив Шибер, LSU

Наскоро публикуван в Месечните известия на Кралското астрономическо общество, „Окто-Тигър: Нов 3D хидродинамичен код за звездни сливания с помощта на HPX успоредяване“, изследва ефективността и точността на кода с бенчмарк тест. Авторите d. Доминик С. Марсело е постдокторант. Саджив Шейбер, постдокторант, д-р Йохан Франк професор; Джефри К. Клейтън, професор; Д-р .. Д-р .. Патрик Дел, изследовател; И д-р Хартмут Кайзер, изследовател от Държавния университет в Луизиана – заедно със сътрудниците д-р Урсула де Марко, професор в Университета Макуори и д-р Патрик М. Мотел, професор от Университета в Индиана Кокомо – сравняват резултатите си с аналитични решения, когато те know и други мрежови кодове като известния FLASH. Освен това те изчислиха взаимодействието на две бели джуджета от ранния трансфер на маса до включването и сравниха резултатите с предишни симулации на подобни системи.

„Тестът за най-бързия суперкомпютър в Австралия, Gadi (№25 в списъка с 500-те най-добри в света), показа, че Octo-Tiger, който има повече от 80 000 ядра, показва отлични характеристики за големи вградени звездни модели“, каза де Марко. „С Octo-Tiger не само можем драстично да намалим времето за изчакване, но нашите модели могат да отговорят на многото въпроси, които ни интересуват.“

Понастоящем Octo-Tiger е оптимизиран да симулира добре разрешен синтез на звезди, който може да бъде приближен от баротропни структури, като бели джуджета или звезди от основната последователност. Гравитационният решател поддържа ъгловия момент на точността на инструмента, благодарение на алгоритъма за корекция. Този код използва HPX паралелизъм, който позволява припокриване на бизнеса и свързаността и води до отлични свойства на мащабиране за решаване на големи проблеми в по-кратки срокове.

„Тази статия демонстрира как базирана на задачи асинхронна система за изпълнение може да се използва като жизнеспособна алтернатива на интерфейса за предаване на съобщения в подкрепа на важен астрофизичен проблем“, каза Дил.

Изследването идентифицира настоящите и планираните области на развитие, насочени към справяне с редица физически явления, свързани с преходни наблюдения.

„Докато нашият особен изследователски интерес е съсредоточен върху звездните сливания и последствията от тях, има различни проблеми в изчислителната астрофизика, които Octo-Tiger може да реши чрез своята основна инфраструктура за самогравитационна течност“, каза Motl.

Анимацията по-долу е подготвена от Shiber, който каза: „Octo-Tiger показва страхотно представяне и в двете Здраве От решения и мащабиране до десетки хиляди ядра. Тези резултати илюстрират Octo-Tiger като идеален код за моделиране на пренос на маса в двоични системи и при симулиране на звездни сливания. „

Препратката: „Окто-Тигър: Нов 3D хидродинамичен код за звездни сливания, използващи HPX паралелизъм“ Доминик К. Марчело, Саджиф Шайбер, Урсула де Марко, Йохан Франк, Джефри К. Клейтън, Патрик М Мотел, Патрик Дел и Хартмут Кайзер, 10 април 2021 г., Месечни известия на Кралското астрономическо общество.
DOI: 10.1093 / mnras / stab937