Tecnologia Científica

Um código astrofísico inovador modela rapidamente colisões estelares
Um código astrofísico inovador simula a evolução de sistemas autogravitantes e rotativos de geometria arbitrária usando refinamento de malha adaptável e um novo método para paralelizar o código para atingir velocidades superiores.
Por Louisiana State University - 24/04/2021



Um código astrofísico inovador, denominado Octo-Tiger, simula a evolução de sistemas autogravitantes e rotativos de geometria arbitrária usando refinamento de malha adaptável e um novo método para paralelizar o código para atingir velocidades superiores.

Este novo código para modelar colisões estelares é mais expedito do que o código estabelecido usado para simulações numéricas . A pesquisa veio de uma colaboração única entre cientistas da computação experimental e astrofísicos do Departamento de Física e Astronomia da Louisiana State University, do LSU Center for Computation & Technology, da Indiana University Kokomo e da Macquarie University, Austrália, culminando em mais de um ano de testes de referência e simulações científicas, apoiadas por várias doações da NSF, incluindo uma projetada especificamente para quebrar a barreira entre a ciência da computação e a astrofísica.

"Graças a um esforço significativo nesta colaboração, agora temos uma estrutura computacional confiável para simular fusões estelares", disse Patrick Motl, professor de física da Indiana University Kokomo. "Ao reduzir substancialmente o tempo computacional para completar uma simulação, podemos começar a fazer novas perguntas que não poderiam ser respondidas quando uma simulação de fusão única era preciosa e demorada. Podemos explorar mais espaço de parâmetros, examinar uma simulação em altíssima resolução espacial ou para tempos mais longos após uma fusão, e podemos estender as simulações para incluir modelos físicos mais completos, incorporando transferência radiativa, por exemplo. "

Recentemente publicado em Avisos Mensais da Royal Astronomical Society, "Octo-Tiger: Um novo código hidrodinâmico 3D para fusões estelares que usa paralelização HPX", investiga o desempenho e a precisão do código por meio de testes de benchmark. Os autores, Dominic C. Marcello, pesquisador de pós-doutorado; Sagiv Shiber, pesquisador de pós-doutorado; Juhan Frank, professor; Geoffrey C. Clayton, professor; Patrick Diehl, cientista pesquisador; e Hartmut Kaiser, cientista pesquisador, todos da Louisiana State University - junto com os colaboradores Orsola De Marco, professor da Macquarie University e Patrick M. Motl, professor da Indiana University Kokomo - compararam seus resultados com soluções analíticas, quando conhecidas e outras baseadas em grade códigos, como o popular FLASH. Além disso,
 
"Um teste no supercomputador mais rápido da Austrália, Gadi (# 25 na lista dos 500 melhores do mundo), mostrou que o Octo-Tiger, rodando em uma contagem de mais de 80.000, exibe excelente desempenho para grandes modelos de estrelas em fusão", disse De Marco. "Com a Octo-Tiger, não podemos apenas reduzir drasticamente o tempo de espera, mas nossos modelos podem responder a muito mais perguntas que gostaríamos de fazer."

Octo-Tiger está atualmente otimizado para simular a fusão de estrelas bem resolvidas que podem ser aproximadas por estruturas barotrópicas, como anãs brancas ou estrelas da sequência principal. O solucionador de gravidade conserva o momento angular para a precisão da máquina, graças a um algoritmo de correção. Este código usa paralelização HPX, permitindo a sobreposição de trabalho e comunicação e levando a excelentes propriedades de dimensionamento para resolver grandes problemas em intervalos de tempo mais curtos.

"Este artigo demonstra como um sistema de tempo de execução assíncrono baseado em tarefas pode ser usado como uma alternativa prática à interface de passagem de mensagens para suportar um problema astrofísico importante", disse Diehl.

A pesquisa delineia as áreas de desenvolvimento atuais e planejadas destinadas a lidar com uma série de fenômenos físicos ligados a observações de transientes.

"Embora nosso interesse particular de pesquisa seja em fusões estelares e suas consequências, há uma variedade de problemas na astrofísica computacional que a Octo-Tiger pode resolver com sua infraestrutura básica para fluidos autogravitantes", disse Motl.

A animação foi preparada por Shiber, que afirma: "O Octo-Tiger mostra um desempenho notável tanto na precisão das soluções quanto no dimensionamento para dezenas de milhares de núcleos. Esses resultados demonstram o Octo-Tiger como um código ideal para modelar a transferência de massa em binário sistemas e na simulação de fusões estelares. "

 

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