Un codice di astrofisica rivoluzionario, chiamato Octo-Tiger, simula l'evoluzione di sistemi autogravitanti e rotanti di geometria arbitraria utilizzando il perfezionamento della mesh adattiva e un nuovo metodo per parallelizzare il codice per raggiungere velocità superiori.
Questo nuovo codice per modellare le collisioni stellari è più rapido del codice stabilito utilizzato per le simulazioni numeriche. La ricerca è nata da una collaborazione unica tra scienziati informatici sperimentali e astrofisici nel Dipartimento di Fisica e Astronomia della Louisiana State University, il Centro LSU per il calcolo e la tecnologia, Università dell'Indiana Kokomo e Università Macquarie, Australia, culminato in oltre un anno di test di benchmark e simulazioni scientifiche, sostenuto da più sovvenzioni NSF, compreso uno specificamente progettato per rompere la barriera tra informatica e astrofisica.
"Grazie a uno sforzo significativo in questa collaborazione, ora abbiamo un quadro computazionale affidabile per simulare fusioni stellari, " ha detto Patrick Motl, professore di fisica all'Università dell'Indiana Kokomo. "Riducendo sostanzialmente il tempo di calcolo per completare una simulazione, possiamo iniziare a porre nuove domande che non potevano essere affrontate quando una simulazione di singola fusione era preziosa e richiedeva molto tempo. Possiamo esplorare più spazio dei parametri, esaminare una simulazione ad altissima risoluzione spaziale o per tempi più lunghi dopo una fusione, e possiamo estendere le simulazioni per includere modelli fisici più completi incorporando il trasferimento radiativo, Per esempio."
Pubblicato di recente in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society , "Octo-Tiger:un nuovo, Codice idrodinamico 3D per fusioni stellari che utilizza la parallelizzazione HPX, " indaga le prestazioni e la precisione del codice attraverso test di benchmark. Gli autori, Domenico C. Marcello, ricercatore post-dottorato; Sagiv Shiber, ricercatore post-dottorato; Juhan Frank, professoressa; Geoffrey C. Clayton, professoressa; Patrick Diehl, ricercatore; e Hartmut Kaiser, ricercatore, tutti alla Louisiana State University—insieme ai collaboratori Orsola De Marco, professore alla Macquarie University e Patrick M. Motl, professore all'Università dell'Indiana Kokomo, hanno confrontato i loro risultati con soluzioni analitiche, quando noto e altri codici basati sulla rete, come il popolare FLASH. Inoltre, hanno calcolato l'interazione tra due nane bianche dal primo trasferimento di massa fino alla fusione e hanno confrontato i risultati con simulazioni passate di sistemi simili.
"Un test sul supercomputer più veloce d'Australia, Gadi (#25 nella lista dei primi 500 al mondo), ha mostrato che Octo-Tigre, in esecuzione su un numero di core oltre 80, 000, mostra prestazioni eccellenti per modelli di grandi dimensioni di stelle che si fondono, " disse De Marco. "Con Octo-Tiger, non possiamo solo ridurre drasticamente i tempi di attesa, ma i nostri modelli possono rispondere a molte altre domande che ci interessa porre".
Octo-Tiger è attualmente ottimizzato per simulare la fusione di stelle ben risolte che possono essere approssimate da strutture barotropiche, come le nane bianche o le stelle della sequenza principale. Il solutore gravitazionale conserva il momento angolare per la precisione della macchina, grazie ad un algoritmo di correzione. Questo codice utilizza la parallelizzazione HPX, consentendo la sovrapposizione di lavoro e comunicazione e portando a eccellenti proprietà di ridimensionamento per risolvere grandi problemi in tempi più brevi.
"Questo documento dimostra come un sistema runtime asincrono basato su attività può essere utilizzato come alternativa pratica all'interfaccia di passaggio dei messaggi per supportare un importante problema astrofisico, "Ha detto Diehl.
La ricerca delinea le aree di sviluppo attuali e previste volte ad affrontare una serie di fenomeni fisici connessi all'osservazione dei transitori.
"Mentre il nostro particolare interesse di ricerca è nelle fusioni stellari e nelle loro conseguenze, ci sono una serie di problemi nell'astrofisica computazionale che Octo-Tiger può affrontare con la sua infrastruttura di base per fluidi autogravitanti, " ha detto Motto.
L'animazione è stata preparata da Shiber, che afferma:"Octo-Tiger mostra prestazioni notevoli sia nell'accuratezza delle soluzioni che nel ridimensionamento a decine di migliaia di core. Questi risultati dimostrano che Octo-Tiger è un codice ideale per modellare il trasferimento di massa nei sistemi binari e nella simulazione di fusioni stellari. "
