Sfondare il codice astrofisico lavora sulla modellazione rapida delle collisioni stellari

Credito: Sagiv Shiber, LSU

“Octo-Tiger”, un codice astrofisico avanzato, simula l’evoluzione di sistemi gravitazionali e rotazionali autonomi di geometria arbitraria utilizzando l’ottimizzazione della rete adattiva e un nuovo metodo per l’equilibrio della lama per raggiungere velocità ultraveloci.

Questo nuovo codice per la modellazione delle collisioni stellari è più veloce del codice utilizzato per le simulazioni numeriche. La ricerca è nata da una collaborazione unica tra scienziati informatici sperimentali e astrofisici presso il Dipartimento di fisica e astronomia della LSU, Centro per il calcolo e la tecnologia dell’LSU, l’Università dell’Indiana Kokomo e l’Università di Macquarie, in Australia, ed è culminata in più di un anno di test standardizzati e simulazioni scientifiche, supportate da più borse di studio NSF, inclusa una specificatamente progettata per rompere la barriera tra informatica e astrofisica.

“Grazie a un grande sforzo attraverso questa collaborazione, ora abbiamo un framework algoritmico affidabile per simulare fusioni stellari”, ha detto Patrick Motel, professore di fisica presso l’Indiana University Kokomo. “Riducendo notevolmente il tempo di calcolo per completare la simulazione, possiamo iniziare a porre nuove domande che non potevano essere affrontate quando la simulazione di fusione singola era troppo preziosa e richiedeva tempo. Potremmo esplorare più spazio dei parametri, esaminare simulazioni con spazialità molto elevate precisione o per periodi più lunghi dopo la fusione, possiamo estendere le simulazioni a modelli fisici più completi integrando il trasporto radiativo, ad esempio. ”

Questo film presenta una simulazione Octo-Tiger di due persone Nana bianca Le stelle sono in orbita l’una intorno all’altra. Guardiamo le due stelle quando iniziano a fondersi insieme. Il colore indica quanto è denso un gas nell’orbita o nel piano medio, con il marrone che indica che il gas è più denso e il blu che è meno denso. Le frecce indicano la velocità del gas. Le frecce rosse corrispondono a velocità fino a 1.000 km / se le frecce blu corrispondono a velocità fino a 1 km / s. Il tempo in secondi è mostrato nell’angolo in alto a sinistra. Il sistema binario inizialmente completa un’orbita ogni due minuti e il tempo di simulazione totale è inferiore a due ore, che rappresenta le ultime ore nella vita di questo binario prima della fusione. Credito: Sagiv Shiber, LSU

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Pubblicato di recente negli avvisi mensili della Royal Astronomical Society, “Octo-Tiger: New 3D Hydrodynamic Code for Stellar Mergers Using HPX Parallelisation”, esamina le prestazioni e l’accuratezza del codice con un test di benchmark. Gli autori d. Dominic C. Marcelo è un ricercatore post-dottorato. Sajiv Scheiber, ricercatore post-dottorato, Dr. Johann Frank Professor; Geoffrey C. Clayton, professore; Dott. Dott. Patrick Dell, ricercatore scientifico; E il dottor Hartmut Kaiser, ricercatore della Louisiana State University – insieme ai collaboratori dott.ssa Ursula de Marco, professore alla Macquarie University e dottor Patrick M. Motell, professore presso l’Indiana University Cocomo – confrontano i loro risultati con soluzioni analitiche, quando sapere e altri codici basati sulla rete Come il famoso FLASH. Inoltre, hanno calcolato l’interazione di due nane bianche dal trasferimento di massa iniziale all’incorporazione e hanno confrontato i risultati con simulazioni precedenti di sistemi simili.

“Un test sul supercomputer più veloce d’Australia, Gadi (# 25 nella lista dei primi 500 al mondo), ha dimostrato che Octo-Tiger, che ha più di 80.000 core, mostra prestazioni eccellenti per i grandi modelli a stella incorporati”, ha detto de Marco. “Con Octo-Tiger, non solo possiamo ridurre drasticamente i tempi di attesa, ma i nostri modelli possono rispondere alle molte domande a cui teniamo”.

Octo-Tiger è attualmente ottimizzato per simulare una fusione stellare ben risolta che può essere approssimata da strutture barotropiche, come le nane bianche o le stelle della sequenza principale. Il solutore gravitazionale mantiene il momento angolare della precisione dello strumento, grazie all’algoritmo di correzione. Questo codice utilizza il parallelismo HPX, consentendo la sovrapposizione tra business e comunicazione e ottenendo eccellenti proprietà di ridimensionamento per risolvere problemi di grandi dimensioni in tempi più brevi.

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“Questo documento dimostra come un sistema runtime asincrono basato su attività possa essere utilizzato come valida alternativa a un’interfaccia di passaggio di messaggi per supportare un importante problema astrofisico”, ha detto Diehl.

La ricerca identifica le aree di sviluppo attuali e pianificate volte ad affrontare una serie di fenomeni fisici associati alle osservazioni transitorie.

“Mentre il nostro particolare interesse di ricerca si concentra sulle fusioni stellari e le loro conseguenze, ci sono una serie di problemi nell’astrofisica computazionale che Octo-Tiger può affrontare attraverso la sua infrastruttura fluida auto-gravitazionale”, ha detto Motl.

L’animazione qui sotto è stata preparata da Shiber, che ha detto: “Octo-Tiger mostra grandi prestazioni in entrambi Salute Dalle soluzioni e dal ridimensionamento a decine di migliaia di core. Questi risultati illustrano Octo-Tiger come un codice ideale per modellare il trasferimento di massa nei sistemi binari e nella simulazione di fusioni stellari. “

Il riferimento: “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 e Hartmut Kaiser, 10 aprile 2021, Avvisi mensili della Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab937

Elma Zito

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