La astrofísica computacional se refiere a los métodos y herramientas computacionales desarrollados y utilizados en la investigación astrofísica . Al igual que la química computacional o la física computacional , es a la vez una rama específica de la astrofísica teórica y 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 matemáticas aplicadas 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 astrofísica . Un campo desarrollado recientemente con resultados interesantes es la relatividad numérica .
Muchos astrofísicos utilizan ordenadores en su trabajo, y un número cada vez mayor de departamentos de astrofísica cuentan ahora con grupos de investigación especialmente dedicados a la astrofísica computacional. Entre las iniciativas de investigación importantes se incluyen la colaboración SciDAC del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DoE) para la astrofísica [1] y la colaboración europea AstroSim, ahora extinta. [2] Un proyecto activo notable es el Consorcio internacional Virgo , 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 con ello la importancia del descubrimiento astronómico mediante la computación.
Las técnicas importantes de la astrofísica computacional incluyen la partícula en celda (PIC) y la estrechamente relacionada partícula-malla (PM), simulaciones de N-cuerpos , métodos de Monte Carlo , así como métodos sin cuadrícula ( siendo la hidrodinámica de partículas suavizada (SPH) un ejemplo importante) y métodos basados en cuadrícula para fluidos. Además, también se utilizan métodos de análisis numérico para resolver ecuaciones diferenciales ordinarias (EDO) y ecuaciones diferenciales parciales (EDP) .
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 de 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 la estructura estelar , la formación planetaria , la 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, este campo ha hecho un uso cada vez mayor de computadoras paralelas y de alto rendimiento . [7]
La astrofísica computacional es un campo que hace un uso extensivo de tecnologías de software y hardware. Estos sistemas suelen ser altamente especializados y están hechos por profesionales dedicados, por lo que generalmente tienen una popularidad limitada en la comunidad de física (computacional) más amplia.
Al igual que otros campos similares, la astrofísica computacional hace un uso extensivo de supercomputadoras y clústeres de computadoras . Incluso en la escala de una computadora de escritorio normal es posible acelerar el hardware . Quizás la arquitectura de computadora más notable de este tipo construida especialmente para la astrofísica sea la GRAPE (gravity pipe) en Japón.
A partir de 2010, las simulaciones de N cuerpos más grandes, como DEGIMA , realizan cálculos de propósito general en unidades de procesamiento de gráficos . [8]
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. Algunos ejemplos de códigos de n-cuerpos incluyen ChaNGa , MODEST, [9] nbodylab.org [10] y Starlab. [11]
En el caso de 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-cuerpos, existen GADGET y SWIFT; [12] para RAMSES basado en cuadrículas/N-cuerpos, [13] ENZO, [14] FLASH, [15] y ART. [16]
AMUSE [2], [17] adopta un enfoque diferente (llamado Arca de Noé [18] ) que los otros paquetes al proporcionar una estructura de interfaz a una gran cantidad de códigos astronómicos disponibles públicamente para abordar la dinámica estelar, la evolución estelar, la hidrodinámica y el transporte radiativo.
Nivel principiante/intermedio:
Nivel avanzado/de posgrado:
Revistas (Acceso Abierto):