High-Performance Computing for Cosmological Applications

Periodo di svolgimento
Ore del corso
40
Ore dei docenti responsabili
40
Ore di didattica integrativa
0
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Modalità esame

Relazione di seminario

Prerequisiti

La conoscenza pratica di almeno un linguaggio adatto alla programmazione scientifica (e.g. C, fortran, python, julia, etc.) e' suggerita. La comprensione del processo cosmico di formazione di strutture e' suggerita ma non obbligatoria, in quanto i relativi concetti di base saranno introdotti durante il corso delle lezioni.

Programma

Argomento del corso e' lo studio dei metodi numerici per la soluzioni di problemi in ambito astrofisico, con particolare riferimento al processo di formazione di galassie su scale cosmologiche. Il corso mira a fornire basi teoriche per l'integrazione numerica delle equazioni del moto di un sistema a N-corpi autogravitante, accoppiato con l'evoluzione dinamica di fluidi astrofisici e della radiazione. Esploreremo varie tecnice numeriche, analizzando i punti di forza e le limitazioni dello stato dell'arte di simulazioni cosmologiche. Gli algoritmi verranno presentati prestando attenzione alla loro scalabilita, costo e efficienze, in modo da ottenere una conoscenza pratica nell'utilizzo dei centri di high performance computing.


Notare che un certo numero di lezioni sono dedicate a sessioni hands-on, in modo da siluppare una conoscenza pratica dei vari algoritmi. Inoltre, le ultime lezioni saranno dedicate ad argomenti specializzati con focus che sara' deciso in concerto con gli studenti.

Obiettivi formativi

  1. sviluppare una conoscenza dell'impianto teorico di base necessario per la modellizazione di problemi di cosmologia ed astrofisica;
  2. acquisire una comprensione teorica e pratica dei metodi numerici per i sistemi a particelle e hydrodinamici soggetti alla forza di gravita';
  3. ottenere una abilita' di analisi critica dei pro e contro delle varie tecniche usate in lavori allo stato dell'arte e una conoscenza delle moderne tendenze di high-performance computing.

Riferimenti bibliografici

Di seguito potete trovare una lista di libri consigliati, contenente anche referenze a libri per eventuali approfondimenti e di background. Referenze a lavori specifici verra' data durante le lezioni.

principali:

  • Hockney, Eastwood                     - Computer simulation using particles (1988, IOP Publishing)
  • Gnedin, Glover, Klessen, Springel - Star formation in galaxy evolution: connecting numerical models to reality (2016, Springer)

approfondimenti computazionali:

  • Aarseth: Gravitational N-body simulations -  tools and algorithms (2003, Cambridge University Press)
  • Press, Teukolsky, Vetterling, Flannery        - Numerical recipes: the art of scientific computing (2007, Cambridge University Press)
  • Toro  - Riemann solvers and numerical methods for fluid dynamics: a practical introduction (2009, Springer)

approfondimenti fisica:

  • Fasano, Marmi  - Analytical mechanics: an introduction (2006, Oxford University Press)
  • Chandrasekhar - Hydrodynamic and hydromagnetic stability (1981, Dover)
  • Sedov              - Similarity and dimensional methods in mechanics (1993, CRC Press)
  • Padmanabhan  - Structure formation in the Universe (1993, Cambridge University Press)