En banbrytande astrofysikkod, som heter Octo-Tiger, simulerar utvecklingen av självgraviterande och roterande system med godtycklig geometri med hjälp av adaptiv nätförfining och en ny metod för att parallellisera koden för att uppnå överlägsna hastigheter.
Denna nya kod för att modellera stjärnkollisioner är snabbare än den etablerade koden som används för numeriska simuleringar. Forskningen kom från ett unikt samarbete mellan experimentella datavetare och astrofysiker vid Louisiana State University Department of Physics &Astronomy, LSU Center for Computation &Technology, Indiana University Kokomo och Macquarie University, Australien, som kulminerade i över ett år av benchmarktestning och vetenskapliga simuleringar, stöds av flera NSF-anslag, inklusive en speciellt utformad för att bryta barriären mellan datavetenskap och astrofysik.
"Tack vare en betydande insats genom detta samarbete, vi har nu ett tillförlitligt beräkningsramverk för att simulera stjärnsammanslagningar, sade Patrick Motl, professor i fysik vid Indiana University Kokomo. "Genom att avsevärt minska beräkningstiden för att slutföra en simulering, vi kan börja ställa nya frågor som inte kunde lösas när en simulering av en fusion var värdefull och mycket tidskrävande. Vi kan utforska mer parameterutrymme, undersöka en simulering med mycket hög rumslig upplösning eller under längre tid efter en sammanslagning, och vi kan utöka simuleringarna till att omfatta mer kompletta fysiska modeller genom att inkludera strålningsöverföring, till exempel."
Nyligen publicerad i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society , "Octo-Tiger:En ny, 3D hydrodynamisk kod för stellar fusioner som använder HPX-parallellisering, " undersöker kodens prestanda och precision genom benchmarktestning. Författarna, Dominic C. Marcello, postdoktoral forskare; Sagiv Shiber, postdoktoral forskare; Juhan Frank, professor; Geoffrey C. Clayton, professor; Patrick Diehl, forskare; och Hartmut Kaiser, forskare, alla vid Louisiana State University – tillsammans med samarbetspartners Orsola De Marco, professor vid Macquarie University och Patrick M. Motl, professor vid Indiana University Kokomo—jämförde deras resultat med analytiska lösningar, när kända och andra rutnätsbaserade koder, som den populära FLASH. Dessutom, de beräknade interaktionen mellan två vita dvärgar från den tidiga massöverföringen till sammanslagningen och jämförde resultaten med tidigare simuleringar av liknande system.
"Ett test på Australiens snabbaste superdator, Gadi (#25 i världens topp 500-lista), visade att Octo-Tiger, körs på ett kärnantal över 80, 000, visar utmärkt prestanda för stora modeller av sammanslagna stjärnor, " sa De Marco. "Med Octo-Tiger, vi kan inte bara minska väntetiden dramatiskt, men våra modeller kan svara på många fler av de frågor vi vill ställa."
Octo-Tiger är för närvarande optimerad för att simulera sammanslagning av välupplösta stjärnor som kan approximeras av barotropa strukturer, såsom vita dvärgar eller huvudsekvensstjärnor. Tyngdkraftslösaren bevarar vinkelmomentum till maskinprecision, tack vare en korrigeringsalgoritm. Denna kod använder HPX-parallellisering, tillåter överlappning av arbete och kommunikation och leder till utmärkta skalningsegenskaper för att lösa stora problem på kortare tidsramar.
"Det här dokumentet visar hur ett asynkront uppgiftsbaserat runtime-system kan användas som ett praktiskt alternativ till Message Passing Interface för att stödja ett viktigt astrofysiskt problem, sa Diehl.
Forskningen beskriver aktuella och planerade utvecklingsområden som syftar till att ta itu med ett antal fysiska fenomen kopplade till observationer av transienter.
"Medan vårt särskilda forskningsintresse ligger i stjärnsammanslagningar och deras efterdyningar, det finns en mängd olika problem inom beräkningsastrofysik som Octo-Tiger kan hantera med sin grundläggande infrastruktur för självgraviterande vätskor, sa Motl.
Animationen förbereddes av Shiber, som säger:"Octo-Tiger visar anmärkningsvärd prestanda både när det gäller noggrannheten i lösningarna och i skalning till tiotusentals kärnor. Dessa resultat visar Octo-Tiger som en idealisk kod för att modellera massöverföring i binära system och för att simulera stjärnsammanslagningar. "
