Synergy in Computational Astrophysics

En felles maskinvare-infrastruktur for Computational Astrophysics ble anskaffet gjennom innkjøp av datautstyr for til sammen 2 millioner kroner i 2013 og 2014. Dette ble integrert med utstyr innkjøpt for både egne midler og midler fra andre eksterne prosjekter til en High Performance Computing klynge som har vært avgjørende for all beregningsorientert forskning ved Institutt for teoretisk astrofysikk, både i kosmologi og i solfysikk. Da denne maskinvare-infrastrukturen har blitt anvendt i så og si all forskning i solfysikk og kosmologi fra 2013, kan vi her bare nevne et par resultater blant mange: Solfysikkgruppen har anvendt infrastrukturen til å utvikle de nødvendige verktøy og den nødvendige programvare for å behandle problemer i 3D strålings-magnetohydrodynamikk med realistisk behandling av strålingen. Gruppen har anvendt infrastrukturen intensivt til å bearbeide data fra IRIS-satellitten og til sammenligning mellom disse dataene og syntetiske observasjoner. Fem artikler med forfattere fra solfysikkgruppen ble publisert i 17. oktober 2015-utgaven av "Science", inklusive forsiden. En serie på åtte artikler om IRIS-diagnostistikk ble publisert i Astrophysical Journal 2013-2015. Et kosmologiprosjekt som i stor grad bruker prosjektets infrastruktur er utvikling av en uavhengig N-body simuleringskode for modifiserte gravitasjonsteorier som er den første som kan behandle et dynamisk og inhomogent skalarfelt som vekselvirker med materien. Før dette hadde man måttet anvende kvasistatisk approksimasjon når man løste bevegelsesligningene for skalarfeltet. Gruppen har utviklet en metode for å løse de fulle bevegelsesligningene for skalare frihetsgrader koblet til materien og kjørte kosmologiske simuleringer som viser den fulle utviklingen av skalarfeltet i tid og rom. Man fant at det ved en slik realistisk simulering blir store forskjeller fra simuleringer i kvasistatisk approksimasjon. Resultater er publisert i to artikler i Physical Review Letters og en rekke artikler i Physical Review D, Astronomy and Astrophysics og Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

The application is for funding a project that through a strengthening of computational astrophysics will give closer cooperation between the Norwegian solar physics and cosmology communities, from which new research fields will emerge in the future. By bu ilding up special expertise on numerical simulations and analysis of huge data sets, cutting across the research groups, both the solar physics and cosmology communities will be able to develop further with major synergy between them. We will form a comm on platform for computational methodology at the Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo. This platform will consist of one postdoctoral research fellow or researcher and one PhD student, and necessary computational hardware for analysis and visualisation of large datacubes from numerical simulations and analyses performed on national High Perofrmance Computing clusters. This platform will be part of both the solar physics and cosmology research groups. A major goal of this proposal is to develop computational algorithms for general use in astrophysical research, but most importantly to aid the specific work of the two groups of ITA. Development of new software will be the major part of the work. Examples of relevant algorithms are mul tigrid PDE solvers, efficient spherical harmonics transforms, development of accurate Bayesian MCMC techniques and visualization algorithms for large datacubes.