El papel de la supercomputación en la investigación: astrofísica de núcleos galácticos y agujeros negros

  • José Antonio Fiestas-Iquira National Astronomical Observatory of China
Palabras clave: high performance computing, supercomputadoras, modelos de N-cuerpos, dinámica estelar, galaxias, agujeros negros

Resumen

En este artículo se fundamenta la aplicación de técnicas de supercomputación a través de un ejemplo
en la investigación de fenómenos astronómicos de evolución de núcleos galácticos y agujeros negros
en escalas de la edad del Universo; donde los modelos numéricos de dinámica estelar con simulaciones
en supercomputadoras son imprescindibles. El presente trabajo fue realizado en diversos centros de
investigación alrededor del mundo, y el software empleado utilizó técnicas de N-cuerpos en C++,
CUDA (Compute Unifi ed Device Arquitecture) y paralelizado con MPI (Message Passing Interface). La
escalabilidad del problema permite acceder a modelos numéricos exactos de la evolución de sistemas
de millones de estrellas. Los resultados demuestran que los agujeros negros en todas sus variantes
defi nen la forma y dinámica de galaxias, y tienen, por ello, consecuencias en el destino de estas.

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Biografía del autor/a

José Antonio Fiestas-Iquira, National Astronomical Observatory of China

Astrofísico computacional e ingeniero. Estudió Ingeniería Industrial en la Universidad de Lima, Perú, y Física, con doctorado en Astrofísica, en la Universidad de Heidelberg, Alemania. Trabajó como investigador en la Universidad de Heidelberg, el Lawrence Berkeley National Laboratory (CA, Estados Unidos), el Observatorio Nacional de China (Pekín, China) y la Universidad Nacional de Seúl (Corea del Sur). Experto en diseño de modelos de N cuerpos y desarrollo de software para supercomputadores en paralelo, así como algoritmos en unidades de procesamiento gráfico (GPU) y sistemas híbridos en paralelo (CPU-GPU). Actualmente es profesor y gerente general del instituto de investigación y capacitación Cidiacctec.SAC.

Citas

Bahcall, J., y Wolf, R. (1977). The star distribution around a massive black hole in a globular cluster. II Unequal star masses. The Astrophysical Journal, 216, 883. DOI:10.1086/155534

Berczik, P., Merritt, D., Spurzem, R., y Bischof, H. (2006). Effi cient merger of binary supermassive black holes in nonaxisymmetric galaxies. The Astrophysical Journal, 642(1), L21–L24. DOI:10.1086/504426

Berczik, P., Nitadori, K., Zhong, S., Spurzem, R., Hamada, T., Wang, X., … Ge, W. (2011). High performance massively parallel direct N-body simulations on large GPU clusters. International Conference on High Performance Computing, pp. 8-18. Ukraine.

Chen, S., Lin, G., Hsiung, P., y Hu, Y. (2009). Hardware software co-design of a multimedia SOC platform. Dordrecht: Springer Netherlands.

Coté, P., Ferrarese, L., Jordan, A., Blakeslee, J. P., Chen, C., Infante, L., … West, M. J. (2007). The ACS fornax cluster survey. II. The Central brightness profi les of early-type galaxies: a characteristic radius on nuclear scales and the transition from central luminosity defi cit to excess. The Astrophysical Journal, 671(2), 1456-1465. DOI:10.1086/522822

Degraf, C., Di Matteo, T., y Springel, V. (2010). Faint-end quasar luminosity functions from cosmological hydrodynamic simulations. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 402(3), 1927-1936. DOI:10.1111/j.1365-2966.2009.16018.x

Eckart, A., Genzel, R., y Schödel, R. (2004). The Massive Accreting Black Hole at the Center of the Milky Way. Progress of Theoretical Physics Supplement, 155, 159-165. DOI:10.1143/PTPS.155.159

Ferrarese, L., y Merritt, D. (2000). A fundamental relation between supermassive black holes and their host galaxies. The Astrophysical Journal, 539(1), L9-L12. DOI:10.1086/312838

Fiestas, J., Spurzem, R., y Kim, E. (2006). 2D Fokker-Planck models of rotating clusters. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 373(2), 677-686. DOI:10.1111/j.1365-2966.2006.11036.x

Fiestas, J., y Spurzem, R. (2010). Dynamical evolution of rotating dense stellar systems with embedded black holes. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. DOI:10.1111/j.1365-2966.2010.16479.x

Fiestas, J., Porth, O., Berczik, P., y Spurzem, R. (2012). Evolution of growing black holes in axisymmetric galaxy cores. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 419(1), 57-69. DOI:10.1111/j.1365-2966.2011.19670.x

Glass, L., Ferrarese, L., Côté, P., Jordán, A., Peng, E., Blakeslee, J. P., … West, M. J. (2011). The ACS Fornax cluster survey. IV. Deprojection of the surface brightness profi les of early-type galaxies in the Virgo and Fornax clusters: investigating the “core/power-law dichotomy.” The Astrophysical Journal, 726(1), 31. DOI.:10.1088/0004-637X/726/1/31

Goodman, J. (1983). Dynamical relaxation in stellar system. Tesis para optar el título de doctorado. Princeton University, New Jersey, Estados Unidos.

Hachisu, I. (1982). Gravothermal and gravogyro catastrophes of rotating and selfgravitating gaseous disks. Publications of the Astronomical Society of Japan, 34, 313.

Hamada, T., y Iitaka, T. (2007). The chamomile scheme: an optimized algorithm for n-body simulations on programmable graphics processing units. Recuperado de http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0703100v1.pdf

Harfst, S., Gualandris, A., Merritt, D., Spurzem, R., Portegies Zwart, S., y Berczik, P. (2007). Performance analysis of direct N-body algorithms on special-purpose supercomputers. New Astronomy, 12, 357-377.

Khan, F., Preto, M., Berczik, P., Berentzen, I., Just, A., y Spurzem, R. (2012). Mergers of unequal-mass galaxies: supermassive black hole binary evolution and structure of merger remnants. The Astrophysical Journal, 749(2), 147. DOI.org/10.1088/0004-637X/749/2/147

Kim, E., Lee, H., y Spurzem, R. (2004). Dynamical evolution of rotating stellar systems - III. The eff ect of the mass spectrum. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 351(1), 220-236. DOI:10.1111/j.13652966.2004.07776.x

King, I. (1966). The structure of star clusters. IV. Photoelectric surface photometry in nine globular clusters. The Astronomical Journal, 71, 276. DOI:10.1086/109918

Kormendy, J. (2004). The stellar-dynamical search for supermassive black holes in galactic nuclei. En Carnegie Observatories Centennial Symposia, Vol. 1: Coevolution of black holes and galaxies. Cambridge: Cambridge University Press.

Madau, P., y Rees, M. J. (2001). Massive black holes as population III remnants. The Astrophysical Journal, 551(1), L27-L30. DOI:10.1086/319848

Mapelli, M., Huwyler, C., Mayer, L., Jetzer, P., y Vecchio, A. (2010). Gravitational waves from intermediate-mass black holes in young clusters. The Astrophysical Journal, 719(2), 987-995. DOI: 10.1088/0004-637X/719/2/987

Moore, G. E. (1965). Cramming more components onto integrated circuits. Electronics, 38(8), 114-117.

Shankar, F. (2009). The demography of supermassive black holes: Growing monsters at the heart of galaxies. New Astronomy Reviews, 53(4-6), 57-77. DOI:org/10.1016/j.newar.2009.07.006

Spitzer, L. (1987). Dynamical evolution of globular clusters. New Jersey: Princeton University Press.

Willott, C. J., Delorme, P., Reylé, C., Albert, L., Bergeron, J., Crampton, D., … Schade, D. (2010). The Canada-France High- z Quasar Survey: Nine new quasars and the luminosity function at redshift 6. The Astronomical Journal, 139(3), 906-918. DOI:10.1088/0004-6256/139/3/906.

Publicado
2015-04-04
Cómo citar
Fiestas-Iquira, J. A. (2015). El papel de la supercomputación en la investigación: astrofísica de núcleos galácticos y agujeros negros. Interfases, 8(008), 49-70. https://doi.org/10.26439/interfases2015.n008.573
Sección
Artículos de investigación