La astrofísica computacional se refiere a los métodos y herramientas informáticos desarrollados y utilizados en la investigación astrofísica . Al igual que la química computacional o la física computacional , es tanto una rama específica de la astrofísica teórica como un campo interdisciplinario que se basa en la informática , las matemáticas y la física en general . La astrofísica computacional se estudia con mayor frecuencia a través de un programa de matemática aplicada o astrofísica a nivel de doctorado.
Las áreas bien establecidas de la astrofísica que emplean métodos computacionales incluyen la magnetohidrodinámica , la transferencia radiativa astrofísica, la dinámica estelar y galáctica y la dinámica de fluidos astrofísicos . Un campo desarrollado recientemente con resultados interesantes es la relatividad numérica .
Investigar
Muchos astrofísicos usan computadoras en su trabajo, y un número creciente de departamentos de astrofísica ahora tienen grupos de investigación especialmente dedicados a la astrofísica computacional. Las iniciativas de investigación importantes incluyen la colaboración SciDAC del Departamento de Energía de EE. UU. (DoE) para astrofísica [1] y la ya desaparecida colaboración europea AstroSim. [2] Un proyecto activo notable es el Consorcio Virgo internacional , que se centra en la cosmología.
En agosto de 2015 durante la asamblea general de la Unión Astronómica Internacional se inauguró una nueva comisión C.B1 sobre Astrofísica Computacional , reconociendo así la importancia del descubrimiento astronómico por computación.
Las técnicas importantes de astrofísica computacional incluyen partículas en celda (PIC) y la malla de partículas (PM) estrechamente relacionada , simulaciones de cuerpos N , métodos de Monte Carlo , así como sin cuadrículas (con hidrodinámica de partículas suavizadas (SPH) como ejemplo importante) y métodos basados en cuadrículas para fluidos. Además, también se utilizan métodos de análisis numérico para resolver EDO y PDE .
La simulación de flujos astrofísicos es de particular importancia ya que muchos objetos y procesos de interés astronómico, como estrellas y nebulosas, involucran gases. Los modelos informáticos fluidos a menudo se combinan con transferencia radiativa, gravedad (newtoniana), física nuclear y relatividad (general) para estudiar fenómenos altamente energéticos como supernovas, chorros relativistas , galaxias activas y estallidos de rayos gamma [3] y también se utilizan para modelar estructura estelar , formación planetaria , evolución de estrellas y galaxias y objetos exóticos como estrellas de neutrones , púlsares , magnetares y agujeros negros. [4] Las simulaciones por computadora son a menudo el único medio para estudiar colisiones estelares , fusiones de galaxias , así como interacciones galácticas y de agujeros negros. [5] [6]
En los últimos años, el campo ha hecho un uso creciente de computadoras paralelas y de alto rendimiento . [7]
Herramientas
La astrofísica computacional como campo hace un uso extensivo de tecnologías de software y hardware. Estos sistemas a menudo son altamente especializados y están hechos por profesionales dedicados, por lo que generalmente encuentran una popularidad limitada en la comunidad de física (computacional) más amplia.
Hardware
Al igual que otros campos similares, la astrofísica computacional hace un uso extensivo de supercomputadoras y grupos de computadoras . Incluso en la escala de un escritorio normal, es posible acelerar el hardware . Quizás la arquitectura de computadora más notable construida especialmente para astrofísica es la UVA (tubería de gravedad) en Japón.
A partir de 2010, las simulaciones de N-body más grandes, como DEGIMA , realizan computación de propósito general en unidades de procesamiento de gráficos . [8]
Software
Existen muchos códigos y paquetes de software junto con varios investigadores y consorcios que los mantienen. La mayoría de los códigos tienden a ser paquetes de n-cuerpos o solucionadores de fluidos de algún tipo. Ejemplos de códigos de n cuerpos incluyen ChaNGa , MODEST, [9] nbodylab.org [10] y Starlab. [11]
Para la hidrodinámica suele haber un acoplamiento entre códigos, ya que el movimiento de los fluidos suele tener algún otro efecto (como la gravedad o la radiación) en situaciones astrofísicas. Por ejemplo, para SPH / N-body hay GADGET y SWIFT; [12] para RAMSES basados en cuadrícula / N-cuerpo, [13] ENZO, [14] FLASH, [15] y ART. [dieciséis]
AMUSE [2] , [17] adopta un enfoque diferente (llamado Noah's Ark [18] ) que los otros paquetes al proporcionar una estructura de interfaz para una gran cantidad de códigos astronómicos disponibles públicamente para abordar la dinámica estelar, la evolución estelar, la hidrodinámica y el transporte radiativo. .
Ver también
- Millennium Simulation , Eris y Bolshoi Cosmological Simulation son simulaciones astrofísicas de supercomputadoras
- Modelado de plasma
- Física computacional
- Astronomía teórica y astrofísica teórica
- Centro de gravitación y relatividad computacional
- Centro de AstroComputación de Alto Rendimiento de la Universidad de California
Referencias
- ^ "Consorcio de Astrofísica SciDAC" . Consultado el 8 de marzo de 2012.
- ^ AstroSim.net Archivado el 3 de enero de 2012 en Wayback Machine . Consultado el 8 de marzo de 2012.
- ^ Un estudio innovador confirma la causa de los estallidos cortos de rayos gamma . Astronomy (magazine) .com website, 8 de abril de 2011. Consultado el 20 de noviembre de 2012.
- ^ Por ejemplo, consulte el artículo Vibraciones cósmicas de estrellas de neutrones . Consultado el 21 de marzo de 2012.
- ^ GALMER: GALaxy MERgers en el Observatorio Virtual [ enlace muerto permanente ] : Comunicado de prensa. Consultado el 20 de marzo de 2012. Página de inicio del proyecto . Consultado el 20 de marzo de 2012.
- ^ La NASA logra un gran avance en la simulación de agujeros negros ; de 18 de abril de 2006. Recuperado el 18 de marzo de 2012.
- ^ Lucio Mayer. Prólogo: Advanced Science Letters (ASL), número especial sobre astrofísica computacional.
- ^ Hamada T., Nitadori K. (2010) 190 TFlops simulación astrofísica de cuerpo N en un grupo de GPU. En Actas de la Conferencia Internacional 2010 ACM / IEEE para Computación, Redes, Almacenamiento y Análisis de Alto Rendimiento (SC '10). IEEE Computer Society, Washington, DC, EE. UU., 1-9. doi : 10.1109 / SC.2010.1
- ^ Página de inicio de MODEST (Modelado de sistemas STellar densos). . Consultado el 5 de abril de 2012.
- ^ NBodyLab. Consultado el 5 de abril de 2012.
- ^ "Bienvenido a Starlab" .
- ^ Tom Theuns, Aidan Chalk, Matthieu Schaller, Pedro Gonnet: "SWIFT: hidrodinámica basada en tareas y gravedad para simulaciones cosmológicas" [1]
- ^ El código RAMSES
- ^ Brian W. O'Shea, Greg Bryan, James Bordner, Michael L. Norman, Tom Abel, Robert Harkness, Alexei Kritsuk: "Presentación de Enzo, una aplicación de cosmología AMR". Eds. T. Plewa, T. Linde & VG Weirs, Springer Lecture Notes in Computational Science and Engineering, 2004. arXiv: astro-ph / 0403044 (consultado el 20 de noviembre de 2012);
Páginas del proyecto en:- Enzo @ Laboratory for Computational Astrophysics , archivado el 12 de diciembre de 2012 en archive.today University of San Diego (consultado el 20 de noviembre de 2012);
- enzo: Refinamiento de malla adaptable astrofísica . Página web de inicio del proyecto de código de Google (consultado el 20 de noviembre de 2012).
- ^ El Centro Flash de Ciencias Computacionales. Consultado el 3 de junio de 2012.
- ^ Kravtsov, AV, Klypin, AA, Khokhlov, AM, "ART: un nuevo código de cuerpo N de alta resolución para simulaciones cosmológicas", ApJS, 111, 73, (1997)
- ^ AMUSE (entorno de software astrofísico multipropósito)
- ^ Portegies Zwart et al., "Un entorno de software multifísico y multiescala para el modelado de sistemas astrofísicos", NewA, 14, 369, (2009)
Otras lecturas
Nivel principiante / intermedio:
- Astrofísica con una PC: Introducción a la Astrofísica Computacional, Paul Hellings. Willmann-Bell; 1ª edición ed inglesa.
- Astronomía práctica con tu calculadora, Peter Duffett-Smith. Prensa de la Universidad de Cambridge; 3a edición 1988.
Nivel avanzado / posgrado:
- Métodos numéricos en astrofísica: una introducción (serie en astronomía y astrofísica): Peter Bodenheimer, Gregory P. Laughlin, Michal Rozyczka, Harold. W Yorke. Taylor y Francis , 2006.
- Probabilidad de pertenencia a un clúster abierto basada en el algoritmo de agrupación de K-means, Mohamed Abd El Aziz & IM Selim & A. Essam, Exp Astron., 2016
- Detección automática del tipo de galaxias a partir de conjuntos de datos de imágenes de galaxias basadas en el enfoque de recuperación de imágenes, Mohamed Abd El Aziz, IM Selim & Shengwu Xiong Scientific Reports 7, 4463, 2017
Revistas (acceso abierto):
- Reseñas vivientes en astrofísica computacional
- Astrofísica y cosmología computacional