Keynote de TeraGrid 2010: La física de los agujeros negros con cactus

Hola, ¿qué tal colega?. Te escribe Simón Sánchez y hoy vamos a hablar sobre Keynote de TeraGrid 2010: La física de los agujeros negros con cactus

Abriendo una nueva ventana al universo: esta es la promesa de la astronomía de ondas gravitacionales, y su cumplimiento presenta un desafío cibernético científico que casi podría ser similar a sacar luz de un agujero negro, si eso fuera posible. O quizás la analogía más apropiada es el agua en un desierto, donde el cactus es a veces la solución.
Conviértalo en una «C» mayúscula, como en Cactus, un marco de software abierto y colaborativo para la relatividad numérica que desde 1997 ha permitido la investigación detrás de más de 200 artículos científicos y 30 tesis de estudiantes. Esto y más, en una presentación rápida y rica en información, fue el tema del discurso de apertura de Gabrielle Allen el martes 3 de agosto en TeraGrid ’10, la cuarta conferencia anual de TeraGrid, en Pittsburgh, Pensilvania.

Allen es profesor asociado de ciencias de la computación en la Universidad Estatal de Louisiana y miembro de la facultad del Centro de Computación y Tecnología de LSU. Antes de mudarse allí en 2003, dirigió el área de informática del Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) en Potsdam, Alemania. En AEI fue PI del proyecto europeo GridLab y dirigió el desarrollo inicial de Cactus.

Comenzó su charla, «Cyberinfrastructure for Numerical Relativity», señalando que ha sido usuaria de TeraGrid desde 2001. «Modelando cuidadosamente los sistemas astrofísicos que se rigen por las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, como los agujeros negros, el colapso de núcleos estelares o explosiones de rayos gamma «, añadió,» requiere el uso de recursos informáticos y software de vanguardia «.

La solución a los problemas de este campo de la ciencia, la física de ondas gravitacionales, depende de las interacciones entre la teoría moderna, la observación y la computación, y las tres, dice Allen, están conduciendo a nuevos descubrimientos. Las ondas gravitacionales son uno de los aspectos sorprendentes de las predicciones de Einstein de la relatividad general. Las mediciones de las órbitas en descomposición de los púlsares binarios concuerdan con la predicción de Einstein de las ondas gravitacionales, pero incluso ahora estas ondas no se han observado directamente.

Dos grandes proyectos han montado detectores de ondas gravitacionales, el proyecto estadounidense LIGO (Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser) y GEO 600 en Alemania, para probar la teoría de Einstein, pero estos instrumentos altamente sensibles deben ajustarse y utilizar análisis de datos complejos. para reconocer las delicadas firmas de ondas gravitacionales de eventos en el espacio profundo. Para ello, los físicos necesitan simulaciones numéricas.

El problema numérico es encontrar formas de resolver las ecuaciones de Einstein que gobiernan los fenómenos de ondas gravitacionales. «Hay miles de términos en el lado derecho», dice Allen, «y es muy difícil trabajar con estas ecuaciones». El desafío inicial fue modelar agujeros negros binarios – dos agujeros negros orbitando entre sí – un sistema relativamente «simple» con relativamente pocos parámetros, como un caso de prueba para LIGO.

Un trabajo reciente utilizando recursos de TeraGrid en múltiples sitios, un proyecto de un equipo internacional que incluía al compañero de LSU Allen Erik Schnetter, profesor de investigación en el Departamento de Física y Astronomía, modeló el problema del agujero negro binario en detalle sin anterior. Allen describe este trabajo, que aparece en la portada de la publicación TeraGrid Science Highlights de 2009, como resultado de lo que hasta ahora ha sido un esfuerzo de más de 40 años para modelar ondas gravitacionales de agujeros negros binarios, que recién ahora han llegado a formar d ‘formas. onda generada numéricamente. «No podemos hacer relaciones de masa extremas o vueltas muy rápidas todavía», dice, «pero esto ha abierto la puerta a modelar escenarios más complejos, como la hidrodinámica relativista general».

Allen pasó a describir los elementos esenciales de la infraestructura de TI necesarios para llevar a cabo este trabajo y elaboró ​​el marco Cactus, llamado así por su diseño de un núcleo («carne») que se conecta a los módulos de la aplicación («columna vertebral») a través de una interfaz extensible. Es un sistema modular, con espinas definidas por parámetros, variables y métodos, y la carne lo une.

Cactus originalmente surgió, explicó Allen, de un proyecto Black Hole Grand Challenge de mediados de la década de 1990, con la colaboración de varios grupos. «Esto salió de la visión de Ed Seidel», dijo. Seidel, quien recientemente completó un mandato como director de la Oficina de Infraestructura Cibernética de NSF, trabajó durante este tiempo en AEI en Alemania y reconoció las necesidades, que se implementaron a través de Cactus, de modularidad, para una fácil reutilización del código. , compartir y desarrollo comunitario.

Una serie reciente de espinas de cactus, señaló Allen, ha implementado el refinamiento de red adaptativo (AMR). Desarrollado por Schnetter, esto ha permitido que muchos grupos tengan acceso a AMR con pocos cambios de código. «Podemos escalar AMR a unos 16.000 procesadores», señaló Allen. Cactus también implementa la generación automática de código a través de «Kranc», una herramienta de Mathematica para generar espinas de cactus a partir de PDE. «Es tu Kranc y escupe espinas de cactus enteras».

Cactus interactúa con Einstein Toolkit, un consorcio que desarrolla y apoya software abierto para astrofísica relativista. «Nuestro objetivo», dijo Allen, «es proporcionar las herramientas computacionales fundamentales que pueden habilitar nuevas ciencias, expandir nuestra comunidad, facilitar la investigación interdisciplinaria y aprovechar las computadoras emergentes de petaescala y la infraestructura de información avanzada». El consorcio incluye 55 miembros en 17 sitios en nueve países.

Entre los muchos desafíos que deben abordarse, Allen señaló que los cambios en la cultura académica son necesarios para respaldar el modelo de colaboración abierta versus competencia entre grupos de investigación. «Necesitamos incentivos para que los profesores alienten a los estudiantes y postdoctorados a utilizar y contribuir al software comunitario».

“Todo es un desafío”, agregó, “en este tipo de trabajos. Nada funciona de la forma que desea. TeraGrid ha sido un gran amigo de la relatividad numérica y nos ha ayudado a desarrollar el tipo de comunidad que necesitamos, especialmente para los estudiantes, ha sido increíblemente útil. Brinda a los estudiantes acceso al hardware, software y mejores prácticas que usamos. Todas estas cosas son cruciales. «

El mayor desafío, agregó, es cómo administrar grandes cantidades de datos. “Muy pronto todo se tratará de datos. Tenemos que estar preparados para esto. El mundo de la ciencia está cambiando. Existe toda una sociología sobre cómo se utilizarán los datos en la academia. Tenemos muchas posibilidades de hacerlo correctamente «.

Recuerda compartir en en tu Twitter y Facebook para que tus colegas lo flipen

??? ? ? ???

Comparte