계산천체물리학

Computational astrophysics

계산천체물리학은 천체물리학 연구에서 개발되고 사용되는 방법과 계산 도구를 말한다. 계산화학이나 계산물리학과 마찬가지로 이론 천체물리학의 특정 분야인 동시에 컴퓨터 과학, 수학, 그리고 더 넓은 물리학에 의존하는 학제간 분야다. 계산 천체물리학은 대부분 PhD 수준의 응용 수학 또는 천체물리학 프로그램을 통해 연구된다.

계산법을 사용하는 천체물리학의 확립된 영역에는 자기유체역학, 천체물리학적 복사전달학, 별과 은하역학, 천체물리학적 유체역학 등이 있다. 최근에 개발된 흥미로운 결과는 수치상대성이다.

리서치

많은 천체물리학자들이 그들의 작업에 컴퓨터를 사용하고 있으며, 점점 더 많은 수의 천체물리학 부서들이 컴퓨터 천체물리학을 특별히 전담하는 연구 그룹을 가지고 있다. 중요한 연구 이니셔티브로는 천체물리학을[1] 위한 미국 에너지부(DoE) SciDAC 협동과 지금은 없어진 유럽 아스트로심 협업이 있다.[2] 주목할 만한 적극적 프로젝트는 우주론에 초점을 맞춘 국제 처녀자리 컨소시엄이다.

2015년 8월 국제천문연맹 총회 때 새로운 위원회 C.컴퓨터 천체물리학에 관한 B1이 발족되었고, 이에 따라 컴퓨터를 통한 천문 발견의 중요성을 인식하게 되었다.

계산적 천체물리학의 중요한 기법으로는 세포내 입자-세포(PIC)와 밀접하게 연관된 입자-메쉬(PM), N-바디 시뮬레이션, 몬테카를로 방법 등이 있으며, 무배드(평활입자 수역학(SPH)가 중요한 예)와 유체에 대한 그리드 기반 방법 등이 있다. 또한, ODE와 PDE를 해결하기 위한 수치 분석의 방법 또한 사용된다.

별이나 성운과 같은 천문학적 관심의 많은 물체와 과정이 가스를 포함하기 때문에 천체물리학적 흐름의 시뮬레이션은 특히 중요하다. 유체 컴퓨터 모델들이 종종 복사열 전달,(뉴턴식 망원경)중력, 핵 물리학과(일반)상대성 이론과 또한 항성 구조, 행성 형성, 별, 은하계의 진화의 모델 사용된다 초신성, 상대론적 제트 여객기이고 적극적인 은하와 감마선 bursts[3] 같은 용기인 현상 공부하고, e.과 결부된다xo중성자 별, 펄사, 자석, 블랙홀과 같은 틱 물체.[4] 컴퓨터 시뮬레이션은 은하계와 블랙홀 상호작용뿐만 아니라 별의 충돌, 은하계 합병, 그리고 은하계의 상호작용을 연구하는 유일한 수단이다.[5][6]

최근 몇 년 동안 이 분야는 병렬 및 고성능 컴퓨터를 점점 더 많이 사용하고 있다.[7]

도구들

컴퓨터 천체물리학은 분야로서 소프트웨어와 하드웨어 기술을 광범위하게 이용한다. 이러한 시스템은 종종 매우 전문적이고 헌신적인 전문가들에 의해 만들어지기 때문에 일반적으로 광범위한 (컴퓨터) 물리학계에서 제한된 인기를 발견한다.

하드웨어

다른 비슷한 분야와 마찬가지로 컴퓨터 천체물리학은 슈퍼컴퓨터와 컴퓨터 클러스터를 광범위하게 사용한다. 심지어 일반적인 데스크톱의 규모에서도 하드웨어를 가속화하는 것이 가능하다. 아마도 천체물리학을 위해 특별히 지어진 그런 컴퓨터 건축이 가장 눈에 띄는 것은 일본의 GRAP(중력관)일 것이다.

2010년 현재, DEGIMA와 같은 가장 큰 N-body 시뮬레이션은 그래픽 처리 장치에 대한 범용 컴퓨팅을 수행한다.[8]

소프트웨어

많은 코드와 소프트웨어 패키지는 이를 유지하는 다양한 연구자와 컨소시엄과 함께 존재한다. 대부분의 코드는 n-body package 또는 어떤 종류의 유동 용해제인 경향이 있다. n-body 코드의 예로는 ChaNGa, MODEED,[9] nbodylab.org[10], Starlab 등이 있다.[11]

수력역학의 경우 일반적으로 유체의 움직임이 천체물리학적 상황에서 보통 다른 영향(중력 또는 방사선 등)을 가지기 때문에 코드 사이에 결합이 있다. 예를 들어, SPH/N-body의 경우 GAGET과 SWIFT가 있으며,[12] 그리드 기반/N-body 람세스,[13] ENZO,[14] 플래시 [15]및 ART가 있다.[16]

AUMES [2],[17] 별의 역학, 별의 진화, 수역학 및 복사 수송을 해결하기 위해 다수의 공개 가능한 천문 코드에 인터페이스 구조를 제공하여 다른 패키지와는 다른 접근법(노아의 방주라고[18] 함)을 취한다.

참고 항목

참조

  1. ^ "SciDAC 천체물리학 컨소시엄" 2012년 3월 8일 검색됨
  2. ^ AstroSim.net Wayback Machine에 2012년 1월 3일 보관. 2012년 3월 8일 검색됨
  3. ^ 돌파구 연구는 짧은 감마선 폭발의 원인을 확인한다. Astronomy.com 웹사이트, 2011년 4월 8일. 2012년 11월 20일 회수
  4. ^ 예를 들어, 중성자 별의 우주 진동 기사를 참조하십시오. 2012년 3월 21일 회수
  5. ^ GALMER: GALAXY MERGers in the Virtual Observatory[permanent dead link] : 뉴스 발표. 2012년 3월 20일 회수 프로젝트 홈 페이지. 2012년 3월 20일 회수
  6. ^ NASA, 블랙홀 시뮬레이션에서 돌파구 달성 2006년 4월 18일자 2012년 3월 18일 복구됨
  7. ^ 루치오 메이어. 서문: 고급 과학 서신 (ASL), 계산 천체물리학에 관한 특별호.
  8. ^ Hamada T, Nitadori K. (2010) 190 TFlops 천체물리학 N-body 시뮬레이션은 GPU의 군집을 대상으로 한다. 2010년 ACM/IEEE 고성능 컴퓨팅, 네트워킹, 스토리지 및 분석을 위한 국제 컨퍼런스(SC '10)의 진행 중 IEEE 컴퓨터 협회, 워싱턴 DC, 미국, 1-9. doi:10.1109/SC.2010.1
  9. ^ MODEST(MOdeling DEnse Stellar Systems) 홈 페이지. 2012년 4월 5일 검색됨
  10. ^ NBodyLab.. 2012년 4월 5일 검색됨
  11. ^ "Welcome to Starlab".
  12. ^ 톰 덴스, 에이단 분필, 마티외 샬러, 페드로 곤넷: "SWIFT: 과제 기반 수역학 및 우주 시뮬레이션용 중력" [1]
  13. ^ 람세스 코드
  14. ^ 브라이언 W. 오셔, 그레그 브라이언, 제임스 보드너, 마이클 L. 노먼, 톰 아벨, 로버트 하크니스, 알렉세이 크릿숙: "엔조 도입, AMR 우주론 애플리케이션" Eds. T. Plewa, T. Linde & V. Weirs, 2004. ArXiv:astro-ph/0403044 (Retrieveed 2012년 11월 20일);
    투영 페이지 수:
  15. ^ 계산 과학을 위한 플래시 센터.. 2012년 6월 3일 검색됨
  16. ^ 크라브초프, A.V., 클라이핀, A.A., Khokhlov, A.M., "ART: 우주 시뮬레이션을 위한 새로운 고해상도 N-body code", ApJS, 111, 73, (1997)
  17. ^ AUSI(물리학적 다목적 소프트웨어 환경)
  18. ^ Portegies Zwart 등, "천체물리학적 시스템 모델링을 위한 다중물리학 및 다중 판매 소프트웨어 환경", NewA, 14, 369, (2009)

추가 읽기

초급/중급 수준:

  • PC를 이용한 천체물리학: 계산천체물리학 입문서, 폴 헬링스. Willmann-Bell; 제1판 영어 에디션.
  • 계산기를 이용한 실용천문학, 피터 더핏-스미스 케임브리지 대학 출판부; 1988년 3월호.

고급/졸업 레벨:

  • 천체물리학의 수치적 방법: 소개(천문학 및 천체물리학 시리즈): 피터 보덴하이머, 그레고리 P. 러플린, 미할 로지츠카, 해롤드. 요르케. 테일러 & 프랜시스, 2006년
  • K-평균 군집 알고리즘, Mohamed Abd El Aziz & I. M. Selim & A. Essam, Exp Acravaces, 2016에 기반한 오픈 클러스터 구성원 자격 확률
  • 이미지 검색 접근법에 기초한 은하 이미지 데이터 집합에서 은하 유형의 자동 검출, 모하메드 압드 엘 아지즈, I. M. 셀림 & 성우 시옹 7, 4463, 2017

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