Код космологических симуляций GADGET-2

Рассматривается код космологических симуляций GADGET-2 — новый высокомасштабируемый параллельный код TreeSPH, способный моделировать бесстолкновительную среду методом N-тел и идеальный газ с помощью сглаженной гидродинамики частиц (SPH). Реализация SPH обеспечивает явное сохранение энергии и энтропии в областях, свободных от диссипации, при использовании полностью адаптивных длин сглаживания. Гравитационные силы вычисляются с помощью иерархического мультипольного разложения, которое при необходимости может применяться в форме алгоритма TreePM: методом «дерева» вычисляются только короткодействующие силы, тогда как дальнодействующие силы определяются с использованием методов Фурье. Интегрирование по времени основано на квазисимплектической схеме, в которой дальнодействующие и короткодействующие силы могут интегрироваться с различными временными шагами. Также могут использоваться индивидуальные адаптивные временные шаги для короткодействующих сил. Декомпозиция области, применяемая в алгоритме распараллеливания, основана на кривой, заполняющей пространство, что обеспечивает высокую гибкость, а погрешности вычисления сил методом «дерева» не зависят от способа разбиения области. Код эффективен с точки зрения потребления памяти и требуемой пропускной способности каналов связи. С его помощью была выполнена первая космологическая N-тельная симуляция более чем с 10^10 частицами тёмной материи, обеспечившая однородный пространственный динамический диапазон 10^5 по каждому измерению в трёхмерном боксе. Кроме того, код использовался для проведения очень крупных космологических SPH-симуляций с учётом радиативного охлаждения и звездообразования, в которых общее число частиц превышало 250 миллионов. Представлены алгоритмы, используемые кодом, и обсуждаются их точность и производительность на ряде тестовых задач. GADGET-2 находится в открытом доступе для научного сообщества.