Het doorbreken van de astrofysische code werkt aan het snel modelleren van stellaire botsingen

Krediet: Sagiv Shiber, LSU

“Octo-Tiger”, een geavanceerde astrofysische code, simuleert de evolutie van autonome zwaartekracht- en rotatiesystemen van willekeurige geometrie met behulp van adaptieve netwerkoptimalisatie en een nieuwe methode voor bladbalans om ultrasnelle snelheden te bereiken.

Deze nieuwe code voor het modelleren van botsingen met sterren is sneller dan de code die wordt gebruikt voor numerieke simulaties. Het onderzoek kwam voort uit een unieke samenwerking tussen experimentele computerwetenschappers en astrofysici van de LSU Department of Physics and Astronomy, LSU Center for Computation and Technology, Indiana Kokomo University en Macquarie University, Australia, en culmineerde in meer dan een jaar van gestandaardiseerde testen en wetenschappelijke simulaties, ondersteund door meerdere NSF-beurzen, waaronder een die specifiek is ontworpen om de barrière tussen informatica en astrofysica te doorbreken.

“Dankzij een grote inspanning door deze samenwerking hebben we nu een betrouwbaar algoritmisch raamwerk om geweldige fusies te simuleren”, zegt Patrick Motel, hoogleraar natuurkunde aan de Indiana University Kokomo. “Door de rekentijd voor het voltooien van de simulatie aanzienlijk te verkorten, kunnen we beginnen met het stellen van nieuwe vragen die niet konden worden beantwoord wanneer de simulatie van een enkele fusie te kostbaar en tijdrovend was. We zouden meer ruimte voor parameters kunnen verkennen, simulaties met zeer hoge ruimtelijke nauwkeurigheid of voor langere periodes na het samenvoegen. We kunnen de simulaties uitbreiden naar meer complete fysieke modellen door bijvoorbeeld stralingstransport te integreren. ”

Deze film bevat een Octo-Tiger-simulatie van twee personen witte dwerg De sterren draaien om elkaar heen. We kijken naar de twee sterren wanneer ze samen beginnen te smelten. Kleur geeft aan hoe dicht een gas in de baan of middenvlak is, waarbij bruin aangeeft dat gas dichter is en blauw minder dicht. Pijlen geven de gassnelheid aan. De rode pijlen komen overeen met snelheden tot wel 1.000 km / s en de blauwe pijlen komen overeen met snelheden van slechts 1 km / s. De tijd in seconden wordt in de linkerbovenhoek weergegeven. Het binaire systeem voltooit aanvankelijk elke twee minuten een baan en de totale simulatietijd is minder dan twee uur, wat overeenkomt met de laatste uren in de levensduur van dit binaire bestand voordat het werd samengevoegd. Krediet: Sagiv Shiber, LSU

READ  Dokter zegt haarverlies dat optreedt maanden na infectie met Covid - een symptoom van langdurige Covid-ziekte

Onlangs gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, “Octo-Tiger: New 3D Hydrodynamic Code for Stellar Mergers Using HPX Parallelization”, onderzoekt de prestatie en nauwkeurigheid van de code met een benchmarktest. De auteurs d. Dominic C. Marcelo is postdoctoraal onderzoeker. Sajiv Scheiber, postdoctoraal onderzoeker, dr. Johann Frank Professor; Geoffrey C. Clayton, hoogleraar; Dr. Dr. Patrick Dell, onderzoekswetenschapper; En Dr. Hartmut Kaiser, een onderzoekswetenschapper van de Louisiana State University – samen met medewerkers Dr. Ursula de Marco, professor aan Macquarie University en Dr. Patrick M. Motell, professor aan de Indiana University Cocomo – vergelijken hun resultaten met analytische oplossingen, wanneer ze know, en andere netwerkgebaseerde codes zoals de beroemde FLASH. Bovendien berekenden ze de interactie van twee witte dwergen van vroege massaoverdracht tot opname en vergeleken ze de resultaten met eerdere simulaties van vergelijkbare systemen.

“Een test op de snelste supercomputer van Australië, Gadi (# 25 in ’s werelds top 500-lijst), heeft aangetoond dat Octo-Tiger, dat meer dan 80.000 cores heeft, uitstekende prestaties levert voor grote ingebedde stermodellen,” zei de Marco. “Met Octo-Tiger kunnen we niet alleen de wachttijd drastisch verminderen, maar onze modellen kunnen ook antwoord geven op de vele vragen waar we om geven.”

Octo-Tiger is momenteel geoptimaliseerd om goed opgeloste sterfusie te simuleren die kan worden benaderd door barotrope structuren, zoals witte dwergen of hoofdreekssterren. De gravitationele oplosser handhaaft het impulsmoment van de precisie van het instrument, dankzij het correctie-algoritme. Deze code maakt gebruik van HPX-parallellisme, waardoor zakelijke en communicatie elkaar overlappen en dit resulteert in uitstekende schaaleigenschappen om grote problemen in kortere tijdsbestekken op te lossen.

READ  Onderzoekers stellen een manier voor om een ​​materiaal te magnetiseren zonder een extern magnetisch veld aan te leggen

“Dit artikel laat zien hoe een taakgebaseerd asynchroon runtime-systeem kan worden gebruikt als een levensvatbaar alternatief voor een interface voor het doorgeven van berichten om een ​​belangrijk astrofysisch probleem te ondersteunen”, zei Diehl.

Het onderzoek identificeert huidige en geplande ontwikkelingsgebieden die gericht zijn op het aanpakken van een aantal fysische verschijnselen die verband houden met voorbijgaande waarnemingen.

“Hoewel onze specifieke onderzoeksinteresse gericht is op geweldige fusies en de nasleep daarvan, zijn er een aantal problemen in computationele astrofysica die Octo-Tiger kan aanpakken via zijn kerninfrastructuur voor zelf-gravitationele vloeistoffen”, zei Motl.

De onderstaande animatie is gemaakt door Shiber, die zei: “Octo-Tiger laat in beide geweldige prestaties zien Gezondheid Van oplossingen en schaalvergroting tot tienduizenden cores. Deze resultaten illustreren Octo-Tiger als een ideale code voor het modelleren van massaoverdracht in binaire systemen en voor het simuleren van stellaire fusies. “

De referentie: “Octo-Tiger: A New 3D Hydrodynamic Code for Stellar Mergers Using HPX Parallelism” Dominic C. Marcello, Sajif Scheiber, Ursula de Marco, Johann Frank, Geoffrey C. Clayton, Patrick M Motel, Patrick Dell en Hartmut Kaiser, 10 april 2021, Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab937

You May Also Like

About the Author: Tatiana Roelink

'Webgeek. Wannabe-denker. Lezer. Freelance reisevangelist. Liefhebber van popcultuur. Gecertificeerde muziekwetenschapper.'

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *