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Romper el código astrofísico funciona en el modelado rápido de colisiones estelares.

Crédito: Sagiv Shiber, LSU

“Octo-Tiger”, un código astrofísico avanzado, simula la evolución de sistemas autónomos gravitacionales y rotacionales de geometría arbitraria utilizando optimización de red adaptativa y un nuevo método de equilibrio de palas para lograr velocidades ultrarrápidas.

Este nuevo código para modelar colisiones estelares es más rápido que el código utilizado para simulaciones numéricas. La investigación surgió de una colaboración única entre científicos informáticos experimentales y astrofísicos del Departamento de Física y Astronomía de LSU, el Centro de Computación y Tecnología de LSU, la Universidad de Indiana Kokomo y la Universidad de Macquarie, Australia, y culminó en más de un año de pruebas estandarizadas y Simulaciones científicas, respaldadas por múltiples subvenciones de la NSF, incluida una diseñada específicamente para romper la barrera entre la ciencia de la computación y la astrofísica.

“Gracias a un gran esfuerzo a través de esta colaboración, ahora tenemos un marco algorítmico confiable para simular fusiones estelares”, dijo Patrick Motel, profesor de física en la Universidad de Indiana en Kokomo. “Al reducir en gran medida el tiempo computacional para completar la simulación, podemos comenzar a hacer nuevas preguntas que no se pudieron abordar cuando la simulación de fusión única era demasiado valiosa y consumía mucho tiempo. Podríamos explorar más parámetros de espacio, examinar simulaciones con niveles muy altos de precisión o durante períodos más largos después de la fusión, podemos extender las simulaciones a modelos físicos más completos mediante la integración del transporte radiativo, por ejemplo “.

Esta película presenta una simulación Octo-Tiger de dos personas enano blanco Las estrellas están en órbita unas alrededor de otras. Observamos las dos estrellas cuando comienzan a fusionarse. El color indica qué tan denso es un gas en la órbita o en el plano medio, el marrón denota que el gas es más denso y el azul es menos denso. Las flechas indican la velocidad del gas. Las flechas rojas corresponden a velocidades tan altas como 1000 km / sy las flechas azules corresponden a velocidades tan bajas como 1 km / s. El tiempo en segundos se muestra en la esquina superior izquierda. El sistema binario inicialmente completa una órbita cada dos minutos y el tiempo total de simulación es menos de dos horas, lo que representa las últimas horas en la vida de este binario antes de fusionarse. Crédito: Sagiv Shiber, LSU

Recientemente publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, “Octo-Tiger: Nuevo código hidrodinámico 3D para fusiones estelares usando la paralelización HPX”, investiga el rendimiento y la precisión del código con una prueba de referencia. Los autores d. Dominic C. Marcelo es investigador postdoctoral. Sajiv Scheiber, investigador postdoctoral, Dr. El profesor Johann Frank; Geoffrey C. Clayton, profesor; Dr.. Dr.. Patrick Dell, científico investigador; Y el Dr. Hartmut Kaiser, científico investigador de la Universidad Estatal de Louisiana, junto con los colaboradores, la Dra. Ursula de Marco, profesora de la Universidad Macquarie y el Dr. Patrick M. Motell, profesor de la Universidad de Indiana Cocomo, comparan sus resultados con soluciones analíticas, cuando saber, y otros códigos basados ​​en la red como el famoso FLASH. Además, calcularon la interacción de dos enanas blancas desde la transferencia de masa temprana hasta la incorporación y compararon los resultados con simulaciones anteriores de sistemas similares.

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“Una prueba en la supercomputadora más rápida de Australia, Gadi (# 25 en la lista de las 500 mejores del mundo), ha demostrado que Octo-Tiger, que tiene más de 80.000 núcleos, exhibe un rendimiento excelente para grandes modelos de estrellas integradas”, dijo de Marco. “Con Octo-Tiger, no solo podemos reducir drásticamente el tiempo de espera, sino que nuestros modelos pueden responder las muchas preguntas que nos preocupan”.

Octo-Tiger está actualmente optimizado para simular una fusión de estrellas bien resuelta que puede aproximarse mediante estructuras barotrópicas, como las enanas blancas o las estrellas de la secuencia principal. El solucionador gravitacional mantiene el momento angular de precisión del instrumento, gracias al algoritmo de corrección. Este código utiliza el paralelismo HPX, lo que permite la superposición de negocios y comunicación y da como resultado excelentes propiedades de escala para resolver grandes problemas en períodos de tiempo más cortos.

“Este documento demuestra cómo un sistema de tiempo de ejecución asíncrono basado en tareas puede usarse como una alternativa viable a una interfaz de paso de mensajes para respaldar un problema astrofísico importante”, dijo Diehl.

La investigación identifica áreas de desarrollo actuales y planificadas destinadas a abordar una serie de fenómenos físicos asociados con observaciones transitorias.

“Si bien nuestro interés de investigación particular se centra en las fusiones estelares y sus consecuencias, hay una variedad de problemas en astrofísica computacional que Octo-Tiger puede abordar a través de su infraestructura central de fluidos autogravitacionales”, dijo Motl.

La siguiente animación fue preparada por Shiber, quien dijo: “Octo-Tiger muestra un gran desempeño en ambos Salud Desde soluciones y escalado hasta decenas de miles de núcleos. Estos resultados ilustran a Octo-Tiger como un código ideal para modelar la transferencia de masa en sistemas binarios y para simular fusiones estelares. “

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La referencia: “Octo-Tiger: Un nuevo código hidrodinámico 3D para fusiones estelares utilizando el paralelismo HPX” Dominic C. Marcello, Sajif Scheiber, Ursula de Marco, Johann Frank, Geoffrey C. Clayton, Patrick M Motel, Patrick Dell y Hartmut Kaiser, 10 de abril de 2021, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab937