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天体物理学のコードを突破することは、天体衝突の迅速なモデリングに役立ちます

クレジット:Sagiv Shiber、LSU

高度な天体物理学コードである「Octo-Tiger」は、適応ネットワーク最適化と超高速を達成するためのブレードバランスの新しい方法を使用して、任意のジオメトリの自律重力および回転システムの進化をシミュレートします。

天体衝突をモデル化するためのこの新しいコードは、数値シミュレーションに使用されるコードよりも高速です。 この研究は、LSU物理天文学部、LSU計算技術センター、インディアナココモ大学、オーストラリアのマッコーリー大学の実験コンピューター科学者と天体物理学者のユニークなコラボレーションから生まれ、1年以上の標準化されたテストとコンピュータサイエンスと天体物理学の間の障壁を打破するために特別に設計されたものを含む、複数のNSF助成金によってサポートされている科学シミュレーション。

インディアナ大学ココモ校の物理学教授であるパトリック・モーテルは、次のように述べています。「このコラボレーションによる多大な努力のおかげで、恒星の合併をシミュレートするための信頼できるアルゴリズムフレームワークができました。 「シミュレーションを完了するための計算時間を大幅に短縮することで、単一融合シミュレーションが非常に貴重で時間がかかる場合には対処できなかった新しい質問をすることができます。より多くのパラメータ空間を探索し、非常に高い空間でシミュレーションを調べることができます。精度またはマージ後の長期間の場合、たとえば、放射輸送を統合することにより、シミュレーションをより完全な物理モデルに拡張できます。」

この映画は、2人のオクトタイガーシミュレーションを特徴としています 白色矮星 星はお互いの周りを周回しています。 それらが融合し始めたとき、私たちは2つの星を見ます。 色は、軌道または中央平面でのガスの密度を示し、茶色は最も密度の高いガスを示し、青は最も密度の低いガスを示します。 矢印はガス速度を示します。 赤い矢印は1,0​​00km / sの速度に対応し、青い矢印は1 km / sの速度に対応します。 秒単位の時間は左上隅に表示されます。 バイナリシステムは、最初は2分ごとに軌道を完了し、合計シミュレーション時間は2時間未満です。これは、マージされる前のこのバイナリの寿命の最後の時間を表します。 クレジット:Sagiv Shiber、LSU

最近、王立天文学会の月報「オクトタイガー:HPX並列化を使用した恒星合併のための新しい3D流体力学コード」に掲載され、ベンチマークテストを使用してコードのパフォーマンスと精度を調査しています。 著者d。 ドミニクC。 マルセロはポスドク研究員です。 Sajiv Scheiber、ポスドク研究員、Dr。 ヨハンフランク教授; ジェフリーC.クレイトン、教授; 博士。 博士。 パトリックデル、研究科学者; ルイジアナ州立大学の研究科学者であるHartmutKaiser博士は、マッコーリー大学の教授であるUrsula de Marco博士と、インディアナ大学ココモの教授であるPatrick M. Motell博士とともに、結果を分析ソリューションと比較します。知っている、そして有名なFLASHのような他のネットワークベースのコード。 さらに、彼らは、初期の物質移動から取り込みまでの2つの白色矮星の相互作用を計算し、その結果を同様のシステムの以前のシミュレーションと比較しました。

「オーストラリアで最速のスーパーコンピューターであるGadi(世界のトップ500リストの25位)でのテストでは、80,000を超えるコアを持つOcto-Tigerが、大型の埋め込みスターモデルに対して優れたパフォーマンスを発揮することが示されました」とdeMarco氏は述べています。 「Octo-Tigerを使用すると、待ち時間を大幅に短縮できるだけでなく、モデルは私たちが関心を持っている多くの質問に答えることができます。」

Octo-Tigerは現在、白色矮星や主系列星などの順圧構造で近似できる、十分に分解された星の核融合をシミュレートするように最適化されています。 重力ソルバーは、補正アルゴリズムのおかげで、機器の精度の角運動量を維持します。 このコードはHPX並列処理を使用します。これにより、ビジネスと接続のオーバーラップが可能になり、優れたスケーリングプロパティが得られ、より短い時間枠で大きな問題を解決できます。

「この論文は、タスクベースの非同期ランタイムシステムをメッセージパッシングインターフェイスの実行可能な代替手段として使用して、重要な天体物理学的問題をサポートする方法を示しています」とDiehl氏は述べています。

この研究は、一時的な観測に関連する多くの物理現象に対処することを目的とした、現在および計画されている開発分野を特定しています。

「私たちの特別な研究対象は恒星の合併とその余波に焦点を当てていますが、計算宇宙物理学には、Octo-Tigerがコアの自己重力流体インフラストラクチャを通じて対処できるさまざまな問題があります」とMotl氏は述べています。

以下のアニメーションは、「オクトタイガーは両方で素晴らしいパフォーマンスを示しています。 健康 ソリューションやスケーリングから数万のコアまで。 これらの結果は、Octo-Tigerが、連星系での物質移動のモデル化と恒星の合併のシミュレーションに理想的なコードであることを示しています。 「」

参考資料:「オクトタイガー:HPX並列処理を使用した恒星合併のための新しい3D流体力学コード」ドミニクC.マルチェロ、サジフシャイバー、ウルスラデマルコ、ヨハンフランク、ジェフリーC.クレイトン、パトリックMモーテル、パトリックデル、ハートムットカイザー2021年4月10日、 王立天文学会月報
DOI:10.1093 / mnras / stab937

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