Simulación numérica-relativista de dos estrellas de neutrones que se inspiran y se fusionan. Las densidades más altas se muestran en naranja, las densidades más bajas se muestran en rojo. Crédito:K. Kiuchi (Instituto Yukawa de Física Teórica, Universidad de Kyoto), T. Wada (Observatorio Astronómico Nacional de Japón)
Por primera vez, una computadora de alto rendimiento permitirá simular ondas gravitacionales, campos magnéticos y física de neutrinos de estrellas de neutrones simultáneamente.
La división de Astrofísica Relativista Computacional del Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein / AEI) en Potsdam ha puesto en funcionamiento recientemente un 11, Clúster de computadoras con 600 CPU. El nuevo clúster de alto rendimiento llamado Sakura está ubicado en Max Planck Computing and Data Facility (MPCDF) en Garching y se utilizará para simulaciones numérico-relativistas de poderosos eventos astrofísicos. Cuando las estrellas de neutrones nacen en supernovas de colapso del núcleo o se fusionan entre sí eones más tarde, enormes cantidades de ondas electromagnéticas, neutrinos, y se emiten ondas gravitacionales. Los procesos astrofísicos subyacentes no se comprenden bien y requieren una solución muy compleja, no lineal ecuaciones diferenciales parciales. Con Sakura, Los científicos realizarán simulaciones físicamente precisas y de alta resolución para mejorar significativamente nuestra comprensión del proceso de fusión de estrellas de neutrones binarios y la formación de agujeros negros.
La división de Astrofísica Relativista Computacional en el AEI se enfoca en simulaciones numéricas-relativistas de eventos astrofísicos que generan ondas gravitacionales y radiación electromagnética al resolver las ecuaciones de Einstein y las ecuaciones de la materia de la relatividad general en computadoras de alto rendimiento. Estas simulaciones juegan un papel crucial en la predicción de formas de onda gravitacionales precisas para la búsqueda en los datos del detector y para explorar fenómenos brillantes de alta energía como estallidos de rayos gamma y kilonovas. Al usar computadoras más potentes, los científicos pueden tener en cuenta la física más complicada necesaria para comprender los fenómenos astrofísicos. Uno de los ambiciosos objetivos de los científicos es realizar una simulación físicamente precisa y de alta resolución para comprender cómo se fusionan las estrellas binarias de neutrones.
"Los clústeres de computadoras de alto rendimiento son nuestros laboratorios virtuales, "dice Masaru Shibata, director de la división de Astrofísica Relativista Computacional. "No podemos crear estrellas de neutrones en un laboratorio, permítales fusionarse y monitorear lo que sucede. Pero podemos predecir lo que ocurrirá durante la coalescencia de dos estrellas de neutrones teniendo en cuenta todos los procesos importantes y resolviendo con precisión las ecuaciones correspondientes que describen su comportamiento. Estos cálculos requieren una enorme cantidad de potencia informática y, a menudo, duran varios meses incluso en computadoras muy grandes. Con Sakura ahora tenemos 11, 600 núcleos de CPU con 0, 9 petaFLOP / s para estas simulaciones numéricas a nuestra disposición ".
En cálculos anteriores, los científicos no pudieron tener en cuenta los efectos de los campos magnéticos y la física de los neutrinos en una simulación. Masaru Shibata explica:"Además del hecho de que el código aún está en desarrollo, los recursos computacionales juegan un papel crucial. Con la nueva computadora grande, creemos que es posible realizar una simulación teniendo en cuenta los campos magnéticos y la física de neutrinos juntos y obtener la imagen completa de la física de fusión de estrellas de neutrones ".
El clúster de alto rendimiento Sakura, ubicado en Max Planck Computing and Data Facility (MPCDF) en Garching, se utilizará para simulaciones numérico-relativistas de eventos astrofísicos poderosos. Crédito:K. Zilker (Max Planck Computing and Data Facility (MPCDF))
Además del nuevo grupo informático de alto rendimiento Sakura ("flor de cerezo" en japonés) en Garching, la división ejecuta dos servidores informáticos más pequeños en el AEI en Potsdam:"Yamazaki" (la palabra japonesa para "montañas") y "Tani" (que significa "valle" en japonés). "Realizamos trabajos pequeños en computadoras pequeñas, ", explica Masaru Shibata." Utilizamos nuestra potencia informática interna para desarrollar los códigos de cálculo y para realizar pruebas ". La infraestructura local también es necesaria para el análisis de datos de las simulaciones realizadas en el centro informático de Garching.
Especificaciones técnicas
Sakura en Garching es parte de la infraestructura de MPCDF Computing Center y está integrada en una rápida red Omnipath-100 y conexiones Ethernet de 10 Gb. Consta de nodos principales con procesadores Intel Xeon Silver de 10 núcleos y memoria principal de 192 GB a 384 GB, así como nodos de cómputo con CPU Intel Xeon Gold 6148.
Los servidores informáticos Yamazaki en Potsdam son 13 nodos independientes con procesadores Intel Xeon Gold QuadCore (18 núcleos por procesador, 4 procesadores por servidor) y memoria principal de 192 a 256 GB.
Para almacenamiento, trabajando y analizando partes más pequeñas de las enormes salidas de simulación del clúster de Garching (60 Terabytes cada 3 meses), un almacenamiento de 500 TB llamado Tani (2 JBODS con 60 discos, cada 10 TB en una redundancia Raid-1) se utiliza en el AEI en Potsdam.
