Un code astrophysique révolutionnaire modélise rapidement les collisions stellaires – Technoguide

Un code astrophysique révolutionnaire, nommé Octo-Tiger, simule l’évolution de systèmes auto-gravitaires et rotatifs de géométrie arbitraire en utilisant le raffinement adaptatif du maillage et une nouvelle méthode pour paralléliser le code pour atteindre des vitesses supérieures.

Ce nouveau code pour modéliser les collisions stellaires est plus rapide que le code établi utilisé pour les simulations numériques. La recherche est le fruit d’une collaboration unique entre des informaticiens expérimentaux et des astrophysiciens du département de physique et d’astronomie de l’Université d’État de Louisiane, du LSU Center for Computation & Technology, de l’Université de l’Indiana à Kokomo et de l’Université Macquarie, en Australie, aboutissant à plus d’un an de tests de référence. et des simulations scientifiques, appuyées par plusieurs subventions de la NSF, dont une spécifiquement conçue pour briser la barrière entre l’informatique et l’astrophysique.

“Grâce à un effort important dans le cadre de cette collaboration, nous disposons désormais d’un cadre de calcul fiable pour simuler des fusions stellaires”, a déclaré Patrick Motl, professeur de physique à l’Université de l’Indiana à Kokomo. «En réduisant considérablement le temps de calcul nécessaire pour terminer une simulation, nous pouvons commencer à poser de nouvelles questions qui ne pouvaient pas être abordées lorsqu’une simulation de fusion unique était précieuse et prenait beaucoup de temps. Nous pouvons explorer plus d’espace de paramètres, examiner une simulation à très haut résolution spatiale ou pour des temps plus longs après une fusion, et nous pouvons étendre les simulations pour inclure des modèles physiques plus complets en incorporant le transfert radiatif, par exemple. “

Récemment publié dans les Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, “Octo-Tiger: Un nouveau code hydrodynamique 3D pour les fusions stellaires qui utilise la parallélisation HPX”, examine les performances et la précision du code grâce à des tests de référence. Les auteurs, Dominic C. Marcello, chercheur postdoctoral; Sagiv Shiber, chercheur postdoctoral; Juhan Frank, professeur; Geoffrey C. Clayton, professeur; Patrick Diehl, chercheur scientifique; et Hartmut Kaiser, chercheur scientifique, tous à la Louisiana State University – avec les collaborateurs Orsola De Marco, professeur à l’Université Macquarie et Patrick M. Motl, professeur à l’Université d’Indiana Kokomo – ont comparé leurs résultats à des solutions analytiques, lorsqu’elles sont connues et autres. des codes basés sur des codes tels que le populaire FLASH De plus, ils ont calculé l’interaction entre deux naines blanches du premier transfert de masse jusqu’à la fusion et ont comparé les résultats avec des simulations antérieures de systèmes similaires.

“Un test sur le supercalculateur le plus rapide d’Australie, Gadi (n ° 25 dans le Top 500 mondial), a montré qu’Octo-Tiger, fonctionnant sur un nombre de cœurs de plus de 80 000, affiche d’excellentes performances pour les grands modèles d’étoiles fusionnantes”, a déclaré De Marco. “Avec Octo-Tiger, nous ne pouvons pas seulement réduire considérablement le temps d’attente, mais nos modèles peuvent répondre à bien d’autres questions que nous souhaitons poser.”

Octo-Tiger est actuellement optimisé pour simuler la fusion d’étoiles bien résolues qui peuvent être approximées par des structures barotropes, telles que des naines blanches ou des étoiles de la séquence principale. Le solveur gravitationnel conserve le moment cinétique pour la précision de la machine, grâce à un algorithme de correction. Ce code utilise la parallélisation HPX, permettant le chevauchement du travail et de la communication et conduisant à d’excellentes propriétés de mise à l’échelle pour résoudre de gros problèmes dans des délais plus courts.

«Cet article montre comment un système d’exécution asynchrone basé sur des tâches peut être utilisé comme une alternative pratique à l’interface de passage de messages pour prendre en charge un problème astrophysique important», a déclaré Diehl.

La recherche décrit les domaines de développement actuels et prévus visant à s’attaquer à un certain nombre de phénomènes physiques liés aux observations de transitoires.

“Alors que notre intérêt de recherche particulier est dans les fusions stellaires et leurs conséquences, il existe une variété de problèmes en astrophysique computationnelle qu’Octo-Tiger peut résoudre avec son infrastructure de base pour les fluides auto-gravitaires”, a déclaré Motl.

L’animation (https://www.youtube.com/watch?v=hg9MQNLLJw4) a été préparée par Shiber, qui déclare: “Octo-Tiger montre des performances remarquables à la fois dans la précision des solutions et dans la mise à l’échelle à des dizaines de milliers de cœurs . Ces résultats démontrent Octo-Tiger comme un code idéal pour modéliser le transfert de masse dans des systèmes binaires et simuler des fusions stellaires. “

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