Introducción a enzo para simulaciones hidrodinámicas en astrofísica

Autores/as

  • Eduardo Teófilo-Salvador Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo
  • Patricia Ambrocio-Cruz
  • Margarita Rosado-Solís

DOI:

https://doi.org/10.32870/recibe.v11i2.247

Palabras clave:

código, solución numérica, malla adaptativa refinada

Resumen

Los códigos y algoritmos en el estudio de fenómenos físicos han sido de gran utilidad, sin embargo, poco ha sido la aplicabilidad en los últimos 20 años desde su aparición al desconocer las bondades y ventajas, además de la robustez y complejidad que implica la manipulación. El objetivo fue revisar, identificar y reconocer la estructura de Enzo, las formulaciones matemáticas base, condiciones de frontera, refinamiento, validación y verificación con énfasis hidrodinámico. De esto se revisaron las aplicaciones que se le han asignado al código en el estudio de procesos cosmológicos y astrofísicos. La evolución ha sido notable, considerando que prioritariamente el equipo original de trabajo que lo desarrollo ha continuado investigando, generando lazos académicos para la conservación y mejora de Enzo. Conocer y divulgar este tipo de códigos puede permitir en un futuro no solo aplicarlo a procesos astrofísicos, sino a climatología e ingeniería.

Citas

Bordner, J. & Norman, M. L. (2018). Computational cosmology and astrophysics on adaptive meshes using charm++. arXiv:1810.01319v1 [astro-ph.IM]. https://doi.org/10.48550/arXiv.1810.01319

Boss, A. P. & Keiser, S. A. (2014). Collapse and fragmentation of magnetic molecular cloud cores with the Enzo AMR MHD code. ii. prolate and oblate cores. The Astrophysical Journal, 794:44, 1-14. Doi:10.1088/0004-637X/794/1/44

Brummel-Smith, C., Bryan, G., Butsky, I., Corlies, L., Emerick, A., Forbes, J., et al. (2019). ENZO: An adaptive mesh refinement code for astrophysics (version 2.6). The Journal of Open Source Software, 14(42). https://doi.org/10.21105/joss.01636

Bryan, G. L., Norman, M. L., O´Shea, B. W., Abel, T., Wise, J. H., Turk, M. J., et al. (2014). Enzo: an adaptative mesh refinement code for astrophysics. The Astrophysical Journal Supplement Series, 2011:19, 1-52.

Burns, J. O., Skillman, S. W. & O´Shea, B. W. (2010). Galaxy clusters at the edge: temperature, entropy, and gas dynamics near the virial radius. The Astrophysical Journal, 721:1105–1112. Doi:10.1088/0004-637X/721/2/1105

Collins, D. C. & Norman, M. L. (2004). Development of an AMR MHR module for the code Enzo. American Astronomical Society Meeting 205, id.153.14; Bulletin of the American Astronomical Society, 36, p.1605

Dubye, A., Almgren, A., Bell, J., Berzins, M., Brandt, S., Bryan, G., Colella, P., Graves, D., Lijewski, M., Loffler, F., o´Shea, B., Schnetter, E., van Straalen, B. & Weide, K. (2014). A survey of high level frameworks in block-structured adaptive mesh refinement packages. J. Parallel Distrib. Comput. http://dx.doi.org/10.1016/j.jpdc.2014.07.001

Dubey, A., Turk, M. J. & O´Shea, B. W. (2014). The impact of community software in astrophysics. 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI), 5th European Conference on Computational Mechanics (ECCM V), 6th European Conference on Computational Fluid Dynamics (ECFD VI), 1-8.

Forbes, J. C., Krumholz, M. R., Goldbaum, N. J. & Dekel, A. (2016). Suppression of star formation in dwarf galaxies by photoelectric grain heating feedback. Letters Research, 0, 1-10. Doi:10.1038/nature18292

Gheller, C., Wang, P., Vazza, F. & Teyssier, R. (2015). Numerical cosmology on the GPU with Enzo and Ramses. XXVI IUPAP Conference on Computational Physics (CCP2014), Journal of Physics: Conference Series 640, 1-6. Doi:10.1088/1742-6596/640/1/012058

Goldbaum, N. J. (2017). Extracting insights from astrophysics simulations. arXiv:1711.10373 [astro-ph.IM]. https://doi.org/10.48550/arXiv.1711.10373

Kitsionas, S., Federrath, C., Klessen, R. S., Schmidt, W., Price, D. J., Dursi, L. J., Gritschneder, M., Walch, S., Piontek, R., Kim, J., Jappsen, A. -K., Ciecielag, P. & MacLow, M. -M. (2009). Algorithmic comparisons of decaying, isothermal, supersonic turbulence. A & A, 508, 541-560. Doi: 10.1051/0004-6361/200811170

Latif, M. A., Schleicher, D. R. G., Schmidt, W. & Niemeyer, J. (2013). The formation of massive population iii stars in the presence of turbulence. The Astrophysical Journal Letters, 772:L3, 1-7. Doi:10.1088/2041-8205/772/1/L3

Norman, M. L., Reynolda, D. R. & So, G. C. (2009). Cosmological radiation hydrodynamics with Enzo. En I. Hubeny, J. M. Stone, K. MacGregor and K. Werner (Eds.), Recent Directions in Astrophysical Quantitative Spectroscopy and Radiation Hydrodynamics (260-272). American Institute of Physics 978-0-7354-0710-7/09

Norman, M. L., Smith, B. D. & Bordner, J. (2018). Simulating the cosmic dawn with Enzo. Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 5, 1-21. Doi: 10.3389/fspas.2018.00034

O´Shea, B. W., Bryan, G., Bordner, J., Norman, M. L., Abel, T., Karkness, R. & Kritsuk, A. (2005). Introducing Enzo, an AMR cosmology application. En T. J. Barth, M. Briebel, D. E. Keyes, R. M. Nieminen, D. Roose and T. Schlick (eds), T. Plewa, T. Linde and V. G. Weirs (Eds.), Adaptive Mesh Refinement – Theory and Applications (341-350). Springer.

Padoan, P., Juvela, M., Kritsuk, A. & Norman, M. L. (2006). The power spectrum of supersonic turbulence in perseus. The Astrophysical Journal, 653: L125–L128.

Regan, J. A., Visbal, E., Wise, J. H., Haiman, Z., Johansson, P. H. & Bryan, G. L. (2017). Rapid formation of massive black holes in close proximity to embryonic protogalaxies. Nature Astronomy, 1, 1-6. Doi: 10.1038/s41550-017-0075

Salem, M., Besla, G., Bryan, G., Putman, M., van der Marel, R. P. & Tonnesen, S. (2018). Ram pressure stripping of the large magellanic cloud’s disk as a probe of the milky way’s circumgalactic medium. Draft Version.

Schive, H., ZuHone, J. A., Goldbaum, N. J., Turk, M. J., Gaspari, M., & Cheng, C. (2018). GAMER-2: a GPU-accelerated adaptive mesh refinement code – accuracy, performance, and scalability. Monthly Notices of the Royal Astonomical Society, 481, 4815-4840. Doi:10.1093/mnras/sty2586

Schornbaum, F. (2018). Block-structured Adaptive Mesh Refinement for simulations on extreme-scale supercomputers. Tesis Doctoral. Technischen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. 152 p.

Smith, B. D., Bryan, G. L., Glover, S. C. O., Goldbaum, N. J., Turk, M. J., Regan, J., Wise, J. H., Schive, H., Abel, T., Emerick, A., O´Shea, B. W., Anninos, P., Hunmels, C. B & Khochfar, S. (2017). GRACKLE: a chemistry and cooling library for astrophysics. Monthly Notice of the Royal Astronomical Society, 466, 2217-2234. Doi:10.1093/mnras/stw3291

Stewart, K. R., Maller, A. H., Oñorbe, J., Bullock, J. S., Joung, M. R., Devriendt, J., Ceverino, D., Kares, D., Hopkins, P. F. & Faucher-Giguere, C. (2017). High angular momentum halo gas: a feedback and code-independent prediction of LCDM. The Astrophysical Journal, 843:47, 1-15. https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa6dff

Tasker, E. J., Brunino, R., Mitchell, N. L., Michielsen, D., Hopton, S.,Pearce, F. R., et al. (2008). A test suite for quantitative comparison of hydrodynamic codes in astrophysics. Mon. Not. R. Astron. Soc., 390, 1267-1281. Doi:10.1111/j.1365-2966.2008.13836.x

Turk, M. J. (2013). Scaling a code in the human dimension. XSEDE '13: Proceedings of the Conference on Extreme Science and Engineering Discovery Environment: Gateway to Discovery. https://doi.org/10.1145/2484762.2484782

Turk, M. J., Smith, B. D., Oishi, J. S., Skory, S., Skillman, S. W., Abel, T. & Norman, M. L. (2011). yt: a multi-code analysis toolkit for astrophysical simulation data. The Astrophysical Journal Supplement Series, 192:9, 1-16. Doi:10.1088/0067-0049/192/1/9

Vazza, F., Brunetti, G., Kritsuk, A., Wagner, R., Gheller, C. & Norman, M. (2009). Turbulent motions and shocks waves in galaxy clusters simulated with adaptive mesh refinement. A & A, 504, 33-43. Doi: 10.1051/0004-6361/200912535

Descargas

Publicado

2023-03-14

Cómo citar

Teófilo-Salvador, E., Ambrocio-Cruz, P., & Rosado-Solís, M. (2023). Introducción a enzo para simulaciones hidrodinámicas en astrofísica. ReCIBE, Revista electrónica De Computación, Informática, Biomédica Y Electrónica, 11(2), C3–17. https://doi.org/10.32870/recibe.v11i2.247

Número

Sección

Computación e Informática