突破天体物理学代码可快速模拟恒星碰撞

图片来源：LSU的Sagiv Shiber

先进的天体代码“ Octo-Tiger”使用自适应网络优化和一种用于实现超快速度的叶片平衡新方法，模拟任意几何形状的自主重力和旋转系统的演变。

这种用于模拟恒星碰撞的新代码比用于数值模拟的代码要快。 这项研究来自印第安纳州科科莫大学LSU计算与技术中心和路易斯安那州立大学物理与天文学系的实验计算机科学家和天体物理学家之间的独特合作，并在超过一年的标准化测试和由NSF多项赠款支持的科学模拟，其中包括一项旨在打破计算机科学与天体物理学之间壁垒的特殊设计。

印第安纳大学科科莫分校物理学教授帕特里克·莫特尔（Patrick Motel）说：“由于这项合作，我们付出了巨大的努力，我们现在有了一个可靠的算法框架来模拟恒星合并。 “通过大大减少完成仿真所需的计算时间，我们可以开始提出新的问题，而单次融合仿真过于珍贵且耗时。我们可以探索更多的参数空间，以很高的空间检查仿真精度或合并后的较长时间，例如，我们可以通过集成辐射传输将模拟扩展到更完整的物理模型。”

这部电影的特征是两个人的八度老虎模拟 白矮星 恒星彼此围绕在轨道上。 当两颗星开始融合在一起时，我们来看看它们。 颜色表示气体在轨道或中平面上的密度，棕色表示气体密度更高，蓝色表示密度较小。 箭头指示气体速度。 红色箭头对应的速度可高达1000 km / s，蓝色箭头对应的速度可低至1 km / s。 以秒为单位的时间显示在左上角。 二进制系统最初每两分钟完成一次轨道，总的模拟时间少于两小时，这表示该二进制文件在合并之前的最后几个小时。 图片来源：LSU的Sagiv Shiber

最近在皇家天文学会的月度公告中发布的“十足老虎：使用HPX并行化技术进行恒星合并的新3D水动力代码”，通过基准测试来研究该代码的性能和准确性。 作者d。 多米尼克C. Marcelo是一名博士后研究员。 Sajiv Scheiber，博士后研究员约翰·弗兰克（Johann Frank）教授； 杰弗里·克莱顿（Geoffrey C.Clayton），教授； 博士博士帕特里克·戴尔（Patrick Dell），研究科学家； 路易斯安那州立大学的研究科学家Hartmut Kaiser博士与麦格理大学教授Ursula de Marco博士以及印第安纳大学科科莫大学教授Patrick M. Motell博士一起将研究结果与分析解决方案进行了比较知道，以及其他基于网络的代码就像著名的FLASH。 此外，他们计算了从早期质量转移到掺入的两个白矮星的相互作用，并将结果与​​类似系统的先前模拟进行了比较。

“对澳大利亚最快的超级计算机Gadi（在世界500强排名中排名第25）进行的一项测试表明，拥有80,000多个内核的Octo-Tiger在大型嵌入式星型飞机上表现出出色的性能，” de Marco说。 “有了Octo-Tiger，我们不仅可以大大减少等待时间，而且我们的模型可以回答我们关心的许多问题。”

Octo-Tiger目前已进行优化，以模拟分辨率良好的恒星融合，可以用正压结构（例如白矮星或主序星）来近似。 借助校正算法，重力解算器可保持仪器精度的角动量。 该代码使用HPX并行性，允许业务和通信重叠，并具有出色的伸缩性，可以在较短的时间内解决较大的问题。

Diehl说：“本文演示了如何将基于任务的异步运行时系统用作消息传递接口的可行替代方案，以支持重要的天体物理学问题。”

该研究确定了当前和计划中的发展领域，旨在解决与瞬态观测有关的许多物理现象。

莫特尔说：“尽管我们的特殊研究兴趣集中在恒星合并及其后果上，但Octo-Tiger可以通过其核心自重流体基础设施解决各种计算天体物理学问题。”

下面的动画是由Shiber制作的，他说：“ Octo-Tiger在这两个方面都表现出色 健康 从解决方案和扩展到数以万计的内核。 这些结果说明，Octo-Tiger是在二进制系统中建模传质和模拟恒星合并的理想代码。 ”

参考资料：“ Octo-Tiger：使用HPX并行性进行恒星合并的新3D水动力代码” Dominic C. Marcello，Sajif Scheiber，Ursula de Marco，Johann Frank，Geoffrey C. Clayton，Patrick M Motel，Patrick Dell和Hartmut Kaiser， 2021年4月10日， 皇家天文学会月报。
DOI：10.1093 / mnras / stab937