НИШ ФМН г.Уральск
Исполнители: Бактыгалиев А., Кадыров С.*
Научные руководители: Утеева С.А**., Дагаров Н.С**
Научный консултант: Сырым Ж.С***.
(*учащихся 11-го класса, **преподаватели физики, *** профессор ЗКГУ им. М. Утемисова)
Цели и задачи исследовательской работы:
Целью данной работы является исследование динамической эволюции шарового звездного скопления, применяя численные методы решения задачи N-тел.
Актуальность: Теоретические исследования динамической эволюции звёздных скоплений и их подсистем всегда занимали видное место в мировой астрофизике [1-4]. Ранее эти исследования носили главным образом аналитический характер, но в последнее время благодаря стремительному развитию компьютерных технологий стали очевидны преимущества численных методов (N-body simulations) для исследования строения и эволюции звёздных скоплений и галактик [4-8]. А развитие счётной техники за последние 20 лет (GPU технологии) позволило проводить расчёты с числом частиц Np, близким к числу звёзд Ns в типичных шаровых скоплениях (Np ~ 106) [6,8]. Поэтому целесообразно исследовать динамику шарового звездного скопления с числом частиц Np ~ 106 применяя современные GPU технологии.
Новизна проекта в том что программа для численного решения задачи N-тел будет реализован на основе технологии CUDA и распараллелен на GPU процессорах, что даст возможность сделать расчет для больших чисел частиц за короткое время.
Для достижения поставленной цели можно использовать программы с открытым кодом составленные для расчета задачи N-тел. Например, программы phi-GRAPE-GPU [9], NBODY6 [10], NBODY6++ [11] и др. В частности, в данной работе нами был использован код phi-GRAPE-GPU оптимизированный для расчета на современных GPU процессорах.
Научная и практическая ценность результатов в том что мы освоили метод N-body simulations, применяя которое в будущем мы можем исследовать не только эволюцию нашей солнечной системы и нашей Галактики, так же эволюцию Вселенной учитывая различные тонкости расчета. Например, эволюция одиночных и двойных звезд, влияние темной материи и темной энергии и т.д. Также на ряду с вышеназванным методом мы научились применять GPU технологии для распараллеливания расчетов что дает нам значительное ускорение.
В работе был проведен расчет бесстолкновительной модели шарового звездного скопления для N = 1’000’000 частиц. Как начальное условие для кластера мы выбрали модель Пламмера. Также для упрощения задачи был введен новая система измерения которую легко можно преобразить на стандартные системы как СИ. В новой системе был предположен что гравитационная постоянная G = 1, полная масса кластера М = 1 и радиус системы в начальный момент R = 1.
Основные выводы работы: По результатам расчетов мы получили график изменения лагранжевых радиусов и распределения звезд по орбитальным параметрам. По лагранжевым радиусам можно легко заметить сжатие ядра шарового скопления, что соответствует теоретическим исследованиям.