Een baanbrekende astrofysica-code, genaamd Octo-Tiger, simuleert de evolutie van zelf-graviterende en roterende systemen van willekeurige geometrie met behulp van adaptieve mesh-verfijning en een nieuwe methode om de code parallel te laten lopen om superieure snelheden te bereiken.

Deze nieuwe code voor het modelleren van stellaire botsingen is sneller dan de gevestigde code die wordt gebruikt voor numerieke simulaties. Het onderzoek kwam voort uit een unieke samenwerking tussen experimentele computerwetenschappers en astrofysici in de Louisiana State University Department of Physics &Astronomy, het LSU Center for Computation &Technology, Indiana University Kokomo en Macquarie University, Australië, culminerend in meer dan een jaar van benchmarktesten en wetenschappelijke simulaties, ondersteund door meerdere NSF-beurzen, waaronder een speciaal ontworpen om de barrière tussen informatica en astrofysica te doorbreken.

"Dankzij een aanzienlijke inspanning in deze samenwerking, we hebben nu een betrouwbaar rekenraamwerk om sterrenfusies te simuleren, " zei Patrick Motl, hoogleraar natuurkunde aan de Indiana University Kokomo. "Door de rekentijd om een ​​simulatie te voltooien aanzienlijk te verminderen, we kunnen beginnen met het stellen van nieuwe vragen die niet konden worden beantwoord toen een simulatie van een enkele fusie kostbaar en tijdrovend was. We kunnen meer parameterruimte verkennen, een simulatie onderzoeken met een zeer hoge ruimtelijke resolutie of gedurende langere tijd na een fusie, en we kunnen de simulaties uitbreiden met meer complete fysieke modellen door stralingsoverdracht op te nemen, bijvoorbeeld."

Onlangs gepubliceerd in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society , "Octo-Tiger:een nieuwe, 3D hydrodynamische code voor stellaire fusies die HPX-parallellisatie gebruikt, " onderzoekt de prestaties en precisie van de code door middel van benchmarktests. De auteurs, Dominic C. Marcello, postdoctoraal onderzoeker; Sagiv Shiber, postdoctoraal onderzoeker; Juhan Frank, professor; Geoffrey C. Clayton, professor; Patrick Diehl, onderzoekwetenschapper; en Hartmut Kaiser, onderzoekwetenschapper, allemaal aan de Louisiana State University - samen met medewerkers Orsola De Marco, professor aan de Macquarie University en Patrick M. Motl, professor aan de Indiana University Kokomo - hun resultaten vergeleken met analytische oplossingen, indien bekend en andere op het net gebaseerde codes, zoals de populaire FLASH. In aanvulling, ze berekenden de interactie tussen twee witte dwergen vanaf de vroege massaoverdracht tot aan de fusie en vergeleken de resultaten met eerdere simulaties van vergelijkbare systemen.

"Een test op de snelste supercomputer van Australië, Gadi (#25 in de Top 500-lijst van de wereld), toonde aan dat Octo-Tiger, draait op een kerntelling van meer dan 80, 000, geeft uitstekende prestaties voor grote modellen van samenvoegende sterren, " zei De Marco. "Met Octo-Tiger, we kunnen de wachttijd niet alleen drastisch verkorten, maar onze modellen kunnen veel meer van de vragen beantwoorden die we graag willen stellen."

Octo-Tiger is momenteel geoptimaliseerd om de samensmelting van goed opgeloste sterren te simuleren die kunnen worden benaderd door barotrope structuren, zoals witte dwergen of hoofdreekssterren. De zwaartekrachtoplosser behoudt impulsmoment om precisie te bewerken, dankzij een correctie-algoritme. Deze code maakt gebruik van HPX-parallellisatie, waardoor de overlap van werk en communicatie mogelijk is en leidt tot uitstekende schaaleigenschappen om grote problemen in kortere tijdsbestekken op te lossen.

"Dit artikel laat zien hoe een asynchroon op taken gebaseerd runtime-systeem kan worden gebruikt als een praktisch alternatief voor de Message Passing Interface om een ​​belangrijk astrofysisch probleem te ondersteunen, ' zei Diehl.

Het onderzoek schetst de huidige en geplande ontwikkelingsgebieden die gericht zijn op het aanpakken van een aantal fysieke verschijnselen die verband houden met waarnemingen van transiënten.

"Terwijl onze specifieke onderzoeksinteresse ligt in sterrenfusies en hun nasleep, er zijn verschillende problemen in computationele astrofysica die Octo-Tiger kan aanpakken met zijn basisinfrastructuur voor zelf-graviterende vloeistoffen, ' zei Motl.

De animatie is gemaakt door Shiber, die zegt:"Octo-Tiger laat opmerkelijke prestaties zien, zowel in de nauwkeurigheid van de oplossingen als in het schalen naar tienduizenden kernen. Deze resultaten demonstreren dat Octo-Tiger een ideale code is voor het modelleren van massaoverdracht in binaire systemen en bij het simuleren van stellaire fusies. "