Υπολογιστική Αστροφυσική
αγγλικά : Computational astrophysics
γαλλικά :
γερμανικά :
Η υπολογιστική αστροφυσική αναφέρεται στις μεθόδους και τα εργαλεία υπολογιστών που αναπτύχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν στην έρευνα αστροφυσικής. Όπως η υπολογιστική χημεία ή η υπολογιστική φυσική, είναι και ένας συγκεκριμένος κλάδος της θεωρητικής αστροφυσικής και ένας διεπιστημονικός τομέας που βασίζεται στην επιστήμη των υπολογιστών, στα μαθηματικά και στην ευρύτερη φυσική. Η υπολογιστική αστροφυσική μελετάται συχνότερα μέσω εφαρμοσμένων μαθηματικών ή αστροφυσικής σε διδακτορικό επίπεδο.
Οι καθιερωμένες περιοχές της αστροφυσικής που χρησιμοποιούν υπολογιστικές μεθόδους περιλαμβάνουν μαγνητοϋδροδυναμική, αστροφυσική ακτινοβολία μεταφοράς, αστρική και γαλαξιακή δυναμική και αστροφυσική δυναμική ρευστού. Ένα πρόσφατα αναπτυγμένο πεδίο με ενδιαφέροντα αποτελέσματα είναι η αριθμητική σχετικότητα.
Ερευνα
Πολλοί αστροφυσικοί χρησιμοποιούν υπολογιστές στη δουλειά τους, και ένας αυξανόμενος αριθμός τμημάτων αστροφυσικής έχει τώρα ερευνητικές ομάδες ειδικά αφιερωμένες στην υπολογιστική αστροφυσική. Σημαντικές ερευνητικές πρωτοβουλίες περιλαμβάνουν τη συνεργασία του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DoE) SciDAC για την αστροφυσική [1] και τη σημερινή παρωχημένη ευρωπαϊκή συνεργασία AstroSim. [2] Ένα αξιοσημείωτο ενεργό έργο είναι η διεθνής κοινοπραξία Παρθένου (international Virgo Consortium), η οποία εστιάζει στην κοσμολογία.
Τον Αύγουστο του 2015 κατά τη γενική συνέλευση της Διεθνούς Αστρονομικής Ένωσης εγκαινιάστηκε μια νέα επιτροπή C.B1 για την Υπολογιστική Αστροφυσική, αναγνωρίζοντας έτσι τη σημασία της αστρονομικής ανακάλυψης μέσω υπολογιστών.
Σημαντικές τεχνικές υπολογιστικής αστροφυσικής περιλαμβάνουν τα σωματίδια σε κυψέλη (PIC) και τα στενά συνδεδεμένα σωματίδια-πλέγμα (PM), προσομοιώσεις N-σωμάτων, μεθόδους Monte Carlo, καθώς και χωρίς πλέγμα (με την υδροδυναμική λείων σωματιδίων (SPH) να είναι σημαντικό παράδειγμα) και μεθόδους με βάση τα πλέγματα για υγρά. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται μέθοδοι από αριθμητική ανάλυση για την επίλυση ODE και PDE.
Η προσομοίωση των αστροφυσικών ροών έχει ιδιαίτερη σημασία, καθώς πολλά αντικείμενα και διαδικασίες αστρονομικού ενδιαφέροντος όπως τα αστέρια και τα νεφελώματα περιλαμβάνουν αέρια. Τα μοντέλα υπολογιστών με ρευστά συχνά συνδυάζονται με μεταφορά ακτινοβολίας, βαρύτητα (Νευτώνια), πυρηνική φυσική και (γενική) σχετικότητα για τη μελέτη εξαιρετικά ενεργητικών φαινομένων, όπως σουπερνόβα, σχετιστικοί πίδακες, ενεργοί γαλαξίες και εκρήξεις ακτίνων γάμμα [3] και χρησιμοποιούνται επίσης για μοντελοποίηση αστρική δομή, πλανητικός σχηματισμός, εξέλιξη αστεριών και γαλαξιών και εξωτικά αντικείμενα όπως αστέρια νετρονίων, πάλσαρ, μαγνήτες και μαύρες τρύπες. [4] Οι προσομοιώσεις υπολογιστών είναι συχνά το μόνο μέσο για τη μελέτη αστρικών συγκρούσεων, συγχωνεύσεων γαλαξιών, καθώς και αλληλεπιδράσεων γαλαξιακών και μαύρων οπών. [5] [6]
Τα τελευταία χρόνια, το πεδίο έχει κάνει ολοένα και μεγαλύτερη χρήση παράλληλων και υψηλών επιδόσεων υπολογιστών. [7]
Εργαλεία
Η υπολογιστική αστροφυσική ως πεδίο κάνει εκτενή χρήση τεχνολογιών λογισμικού και υλικού. Αυτά τα συστήματα είναι συχνά εξαιρετικά εξειδικευμένα και κατασκευασμένα από ειδικούς επαγγελματίες, και έτσι γενικά βρίσκουν περιορισμένη δημοτικότητα στην ευρύτερη (υπολογιστική) κοινότητα φυσικής.
Σκεύη, εξαρτήματα
Όπως και άλλα παρόμοια πεδία, η υπολογιστική αστροφυσική κάνει εκτενή χρήση υπερυπολογιστών και συμπλεγμάτων υπολογιστών. Ακόμη και στην κλίμακα μιας κανονικής επιφάνειας εργασίας είναι δυνατή η επιτάχυνση του υλικού. Ίσως η πιο αξιοσημείωτη αρχιτεκτονική υπολογιστών που έχει κατασκευαστεί ειδικά για την αστροφυσική είναι το GRAPE (βαρύτητα) στην Ιαπωνία.
Από το 2010, οι μεγαλύτερες προσομοιώσεις N-body, όπως το DEGIMA, κάνουν υπολογιστές γενικής χρήσης σε μονάδες επεξεργασίας γραφικών. [8]
Λογισμικό
Υπάρχουν πολλοί κωδικοί και πακέτα λογισμικού, καθώς και διάφοροι ερευνητές και κοινοπραξίες που τα διατηρούν. Οι περισσότεροι κωδικοί τείνουν να είναι πακέτα n-σωμάτων ή για ρευστά κάποιου είδους. Παραδείγματα κωδικών n-σωμάτων περιλαμβάνουν τα ChaNGa, MODEST, [9] nbodylab.org [10] και Starlab. [11]
Για την υδροδυναμική υπάρχει συνήθως ένας σύνδεσμος μεταξύ κωδικών, καθώς η κίνηση των υγρών έχει συνήθως κάποια άλλη επίδραση (όπως η βαρύτητα ή η ακτινοβολία) σε αστροφυσικές καταστάσεις. Για παράδειγμα, για SPH / N-body υπάρχει GADGET και SWIFT, [12] για RAMSES με βάση πλέγμα / N-body, [13] ENZO, [14] FLASH, [15] και ART. [16]
Το AMUSE [2], [17] ακολουθεί μια διαφορετική προσέγγιση (που ονομάζεται Κιβωτός του Νώε [18]) από τα άλλα πακέτα, παρέχοντας μια δομή διασύνδεσης σε έναν μεγάλο αριθμό δημοσίως διαθέσιμων αστρονομικών κωδικών για την αντιμετώπιση της αστρικής δυναμικής, της αστρικής εξέλιξης, της υδροδυναμικής και της μεταφοράς ακτινοβολίας .
Δείτε επίσης
Η προσομοίωση χιλιετίας, η κοσμική προσομοίωση Eris και Bolshoi είναι αστροφυσικές προσομοιώσεις υπερυπολογιστών
Μοντελοποίηση πλάσματος
Υπολογιστική φυσική
Θεωρητική αστρονομία και θεωρητική αστροφυσική
Κέντρο Υπολογιστικής Σχετικότητας και Βαρύτητας
Πανεπιστήμιο Καλιφόρνιας Υψηλής απόδοσης AstroComputing Center
"SciDAC Astrophysics Consortium". Accessed 8 Mar 2012.
AstroSim.net Archived 3 January 2012 at the Wayback Machine. Accessed 8 Mar 2012.
Breakthrough study confirms cause of short gamma-ray bursts. Astronomy (magazine).com website, April 8, 2011. Retrieved 20 Nov 2012.
For example, see the article Cosmic Vibrations from Neutron Stars. Retrieved 21 Mar 2012.
GALMER: GALaxy MERgers in the Virtual Observatory[permanent dead link] : News release. Retrieved 20 Mar 2012. Project Home page. Retrieved 20 Mar 2012.
NASA Achieves Breakthrough In Black Hole Simulation ; dated 18 Apr 2006. Recovered 18 Mar 2012.
Lucio Mayer. Foreword: Advanced Science Letters (ASL), Special Issue on Computational Astrophysics.
Hamada T., Nitadori K. (2010) 190 TFlops astrophysical N-body simulation on a cluster of GPUs. In Proceedings of the 2010 ACM/IEEE International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (SC '10). IEEE Computer Society, Washington, DC, USA, 1-9. doi:10.1109/SC.2010.1
MODEST(MOdeling DEnse STellar systems) home page.. Accessed 5 April 2012.
NBodyLab. Accessed 5 April 2012.
"Welcome to Starlab".
Tom Theuns, Aidan Chalk, Matthieu Schaller, Pedro Gonnet: "SWIFT: task-based hydrodynamics and gravity for cosmological simulations" [1]
The RAMSES code
Brian W. O'Shea, Greg Bryan, James Bordner, Michael L. Norman, Tom Abel, Robert Harkness, Alexei Kritsuk: "Introducing Enzo, an AMR Cosmology Application". Eds. T. Plewa, T. Linde & V. G. Weirs, Springer Lecture Notes in Computational Science and Engineering, 2004. arXiv:astro-ph/0403044 (retrieved 20 Nov 2012);
Project pages at:
Enzo @ Laboratory for Computational Astrophysics, Archived 12 December 2012 at Archive.today University of San Diego (retrieved 20 Nov 2012);
enzo: Astrophysical Adaptive Mesh Refinement . Google code project home web page (retrieved 20 Nov 2012).
The Flash Center for Computational Science. Accessed 3 June 2012.
Kravtsov, A.V., Klypin, A.A., Khokhlov, A.M., “ART: a new high resolution N-body code for cosmological simulations”, ApJS, 111, 73, (1997)
AMUSE(Astrophysical Multipurpose Software Environment)
Portegies Zwart et al., "A multiphysics and multiscale software environment for modeling astrophysical systems", NewA, 14, 369, (2009)
Hellenica World - Scientific Library
Από τη ελληνική Βικιπαίδεια http://el.wikipedia.org . Όλα τα κείμενα είναι διαθέσιμα υπό την GNU Free Documentation License
