“八爪虎”:突破性的天體物理學代碼快速模擬恆星的碰撞
“Octo-Tiger “是一個突破性的天體物理學代碼,它使用自適應網格細化和一種新的方法來模擬任意幾何形狀的自重力和旋轉系統的演變,以達到卓越的模擬速度。這種模擬恆星碰撞的新代碼比用於數值模擬的既定代碼更加迅速。
這項研究來自於實驗計算機科學家和LSU物理與天文學系、LSU計算與技術中心、印第安納大學科科莫分校和澳大利亞麥考瑞大學的天體物理學家之間的獨特合作,最終在一年多的基準測試和科學模擬中達到了頂峰,並得到了美國國家科學基金會多項資助,包括一項專門用於打破計算機科學和天體物理學之間障礙的資助。
藉此我們可以探索更多的參數空間,在非常高的空間分辨率下檢查一個模型,或在合併後更長的時間內擴展模擬,以包括更完整的物理模型,例如,納入輻射轉移。”
這部影片顯示了兩顆白矮星在彼此的軌道上的運動模擬。我們正俯視著這兩顆恆星,因為它們開始合併在一起。
顏色表示氣體在軌道或中間平面上的密度,棕色表示最密集的氣體,藍色表示最不密集的。箭頭表示氣體的速度。紅色箭頭對應於1000公里/秒的高速度,藍色箭頭對應於1公里/秒的低速度。左上角的時間顯示為秒。該雙星最初每兩分鐘完成一個軌道,總的模擬時間不到兩小時,代表了該雙星在合併前生命中的最後幾個小時。資料來源:Sagiv Shiber, LSU
最近發表在《皇家天文學會月刊》上的“八爪虎”(Octo-Tiger):一個新的、使用HPX並行化的恆星合併的三維流體力學代碼,通過基準測試研究了代碼的性能和精度。將他們的結果與已知的分析解決方案以及其他基於網格的代碼,如流行的FLASH進行了比較。此外,他們計算了兩個白矮星之間從早期質量轉移到合併的相互作用,並將結果與過去類似系統的模擬進行了比較。”在澳大利亞最快的超級計算機Gadi(世界500強排名第25位)上進行的測試表明,Octo-Tiger在核心數超過8萬的情況下運行,對於大型的恆星合併模型顯示出卓越的性能, ” De Marco說。”有了Octo-Tiger,我們不僅可以大大減少等待時間,而且我們的模型可以回答更多我們關心的問題。”
Octo-Tiger目前被優化為模擬可由各向異性結構近似的分解良好的恆星的合併,如白矮星或主序星。由於採用了校正算法,重力求解器將角動量保存到機器精度。該代碼使用HPX並行化,允許工作和通信的重疊,並帶來出色的擴展特性,在更短的時間內解決大問題。該研究概述了當前和計劃中的發展領域,旨在解決與瞬態現象觀測有關的一些物理現象。