Seznam kosmologického výpočetního softwaru - List of cosmological computation software - Wikipedia

Seznam
Kosmologický software
Ilc 9yr moll4096.png
  • Krabí mlhovina.jpg Astronomický portál
  • Kategorie Kategorie: Fyzická kosmologie

The kosmické mikrovlnné pozadí (CMB) je předpokládané tepelné záření, které zbylo z „Velký třesk „z kosmologie. CMB je snímek nejstaršího světla v našem vesmír, vtisknuto na oblohu, když byl vesmír starý jen 380 000 let. Ukazuje malé teplotní výkyvy, které odpovídají oblastem mírně odlišné hustoty, což představuje zárodky všech budoucích struktur: dnešní hvězdy a galaxie. Proto analýza malého anizotropie v CMB nám pomáhá pochopit původ a osud našeho vesmíru. V posledních několika desetiletích došlo k velkému zlepšení v pozorováních a několika experimentech prováděných za účelem pochopení základní struktury vesmíru. Pro analýzu dat různých kosmologických experimentů a pro pochopení teoretické podstaty vesmíru je v kosmologech vyvíjeno a používáno mnoho pokročilých metod a výpočetního softwaru. Tento software široce používají kosmologové po celém světě.

Výpočtový software používaný v kosmologii lze rozdělit do následujících hlavních tříd.

  • Software pro generování a zpracování map: Tento software se používá k přípravě map oblohy CMB z hrubých pozorovacích dat. Software HEALPIX[1][2][3] se používá pro generování a zpracování map.
  • Kosmologické kódy Boltzmann: Tyto kódy se používají pro výpočet teoretického výkonového spektra daných kosmologickými parametry. Tyto kódy jsou schopné vypočítat výkonové spektrum ze standardního modelu LCDM nebo jeho derivátů. Mezi nejpoužívanější kódy CMB Boltzmann patří CMBFAST,[4][5][6] CAMB,[7] CMBEASY,[8][9] TŘÍDA,[10][11][12] CMBAns atd.
  • Kosmologický odhad parametrů: Kódy pro odhad parametrů se používají pro výpočet nejvhodnějších parametrů z dat pozorování. Kódy připravené k použití dostupné pro tento účel jsou CosmoMC,[13][14] Analyzovat toto,[15] Rozsah[16] atd.

Software pro generování a zpracování map

HEALPix

HEALPix (někdy psáno jako Healpix), an akronym pro Hierarchical Equal Area isoLatitude Pixelizace 2-sféry, může odkazovat na jeden z algoritmů pro pixelizaci 2 koule, přidružený softwarový balíček nebo přidružená třída mapových projekcí. Healpix je široce používán pro kosmologické generování náhodných map. Původní motivace pro vytvoření HEALPix byla nutností. NASA je WMAP a Evropská kosmická agentura Mise Planck produkovat vícefrekvenční datové sady dostatečné pro konstrukci celooblohových map mikrovlnné oblohy v úhlovém rozlišení několika obloukových minut. Základními požadavky při vývoji HEALPix bylo vytvoření matematické struktury, která podporuje vhodnou diskretizaci funkcí na kouli v dostatečně vysokém rozlišení, a usnadnění rychlé a přesné statistické a astrofyzikální analýzy masivních datových souborů na obloze. Mapy HEALPix se používají téměř ve všech výzkumech zpracování dat v kosmologii.

Kosmologické Boltzmannovy kódy

CMBFAST

CMBFAST je počítačový kód vyvinutý společností Uroš Seljak a Matias Zaldarriaga (na základě Boltzmannova kódu napsaného Edmundem Bertschingerem, Chung-Pei Ma a Paul Bode) pro výpočet výkonového spektra anizotropie kosmického mikrovlnného pozadí. Jedná se o první efektivní program, který tak činí, a snižuje tak čas potřebný k výpočtu anizotropie z několika dnů na několik minut pomocí nového semi-analytického přímého přístupu.

CAMB

Kód pro anizotropie v mikrovlnném pozadí od Antonyho Lewise a Anthonyho Challinora. Kód byl původně založen na CMBFAST. Později bylo provedeno několik vývojových změn, aby byl rychlejší a přesnější a kompatibilní se současným výzkumem. Kód je napsán v objektově orientovaný způsobem, aby byl uživatelsky přívětivější.

CMBEASY

CMBEASY je softwarový balíček napsaný Michaelem Doranem, Georgem Robbersem a Christianem M. Müllerem. Kód je založen na balíčku CMBFAST. CMBEASY je plně objektově orientovaný C ++. To značně zjednodušuje manipulace a rozšíření kódu CMBFAST. Kromě toho lze ke snadnému ukládání a vizualizaci dat použít výkonnou třídu Spline. Mnoho funkcí balíčku CMBEASY je přístupných také prostřednictvím grafického uživatelského rozhraní. To může být užitečné jak pro získání intuice, tak pro účely výuky.

TŘÍDA

CLASS je nový Boltzmann kód vyvinutý v této řadě. Účelem CLASS je simulovat vývoj lineárních poruch ve vesmíru a vypočítat pozorovatelné CMB a strukturu ve velkém měřítku. Jeho název také pochází ze skutečnosti, že je napsán v objektově orientovaném stylu napodobujícím pojem třídy. Třídy jsou programovací funkce dostupná např. V C ++ a Krajta, ale je známo, že tyto jazyky jsou méně vektorizovatelné / paralelizovatelné než obyčejné C (nebo Fortran ), a tedy potenciálně pomalejší. CLASS je napsán v prostém jazyce C pro vysoký výkon, zatímco kód je uspořádán do několika modulů, které reprodukují architekturu a filozofii tříd C ++, pro optimální čitelnost a modularitu.

Balíčky pro odhad parametrů

Snímek balíčku GUI AnalyzeThis (CMBEASY). Graf zobrazuje rozdělení pravděpodobnosti na okraj z řetězce MCMC.

AnalizeThis

Analize Toto je balíček pro odhad parametrů používaný kosmology. Dodává se s balíčkem CMBEASY. Tento kód je napsán v C ++ a používá pro odhad kosmologických parametrů algoritmus globální metropole. Tento kód vyvinul Michael Doran pro odhad parametrů pomocí pravděpodobnosti WMAP-5. Po roce 2008 však nebyl kód aktualizován pro nové experimenty CMB. Proto tento balíček v současné době výzkumná komunita CMB nepoužívá. Balíček přichází s pěkným grafickým uživatelským rozhraním.

CosmoMC

CosmoMC je Fortran 2003 Markovský řetězec Monte Carlo (MCMC) engine for exploring cosmological parameter space. Kód dělá hrubou sílu (ale přesnou) teoreticky energetické spektrum hmoty a Cl výpočty pomocí CAMB. CosmoMC používá jednoduchý místní algoritmus Metropolis spolu s optimalizovanou metodou rychlého a pomalého vzorkování. Tato metoda rychlého a pomalého vzorkování poskytuje rychlejší konvergenci pro případy s mnoha obtížnými parametry, jako je Planck. Balíček CosmoMC také poskytuje podprogramy pro následné zpracování a vykreslování dat.

CosmoMC napsal Antony Lewis v roce 2002 a později bylo vyvinuto několik verzí, které udržují kód aktuální s různými kosmologickými experimenty. V současnosti je to nejpoužívanější kód pro odhad kosmologických parametrů.

Rozsah

SCoPE / Slick Cosmological Parameter Estimator je nově vyvinutý kosmologický balíček MCMC napsaný Santanu Dasem v jazyce C. Kromě standardního globálního algoritmu metropole používá kód tři jedinečné techniky pojmenované jako „zpožděné odmítnutí“, které zvyšují míru přijetí řetězce, „předběžné načítání“, které pomáhá jednotlivému řetězci běžet na paralelních CPU a „mezireťazcová kovarianční aktualizace“ který brání shlukování řetězů, což umožňuje rychlejší a lepší promíchání řetězů. Tento kód je schopen rychlejšího výpočtu kosmologických parametrů z dat WMAP a Planck.

Další balíčky

  • ZTŘEŠTĚNEC - Balíček výpočetní analýzy mikrovlnné anizotropie dat vyvinutý společností Borrill et al.
  • RECFAST - Software byl vyvinut Seagerem, Sasselovem a Scottem a byl použit k výpočtu historie rekombinace vesmíru. Balíček využívají kosmologické boltzmannovy kódy (CMBFast, CAMB atd.)

Softwarové balíčky pravděpodobnosti

Různé kosmologické experimenty, zejména experimenty CMB WMAP a Planck měří teplotní výkyvy na obloze CMB a poté měří výkonové spektrum CMB z pozorované mapy. Ale pro odhad parametrů je vyžadováno χ². Všechny tyto experimenty CMB proto přicházejí s vlastním softwarem pravděpodobnosti.

Viz také

Poznámky

  1. ^ Gorski, Krzysztof M .; Benjamin D. Wandelt; Frode K. Hansen; Eric Hivon; Anthony J. Banday (23. května 1999). "Primér HEALPix". arXiv:astro-ph / 9905275.
  2. ^ „HEALPIX“. software. NASA.
  3. ^ Gorski, K. M .; E. Hivon; A. J. Banday; B. D. Wandelt; F. K. Hansen; M. Reinecke; M. Bartelman (2005). „HEALPix - rámec pro diskretizaci ve vysokém rozlišení a rychlou analýzu dat distribuovaných ve sféře“. Astrofyzikální deník. 622 (2): 759–771. arXiv:astro-ph / 0409513. Bibcode:2005ApJ ... 622..759G. doi:10.1086/427976. S2CID  18743679.
  4. ^ Seljak, Uros; Zaldarriaga, Matias (1996). "Přímý přístup k anizotropiím pozadí kosmického mikrovlnného záření". Astrofyzikální deník. 469: 437–444. arXiv:astro-ph / 9603033. Bibcode:1996ApJ ... 469..437S. doi:10.1086/177793. S2CID  3015599.
  5. ^ Zaldarriaga, Matias; Uros Seljak; Edmund Bertschinger (1998). „Integrované řešení pro anizotropie mikrovlnného pozadí v jiných než plochých vesmírech“. Astrofyzikální deník. 494 (2): 491–502. arXiv:astro-ph / 9704265. Bibcode:1998ApJ ... 494..491Z. doi:10.1086/305223. S2CID  15966880.
  6. ^ Seljak, U., a Zaldarriaga, M. „CMBFAST“.
  7. ^ Lewis, Antony; Challinor, Anthony (2011). "CAMB: Kód pro anizotropie na mikrovlnném pozadí". Knihovna zdrojových kódů astrofyziky: ascl: 1102.026. Bibcode:2011ascl.soft02026L.
  8. ^ Doran, Michael. „CMBEASY“. Archivovány od originál dne 18.01.2014. Citováno 2014-02-22.
  9. ^ Doran, Michael (27. dubna 2006). „CMBEASY :: Objektově orientovaný kód pro pozadí kosmické mikrovlnné trouby“. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (Vložený rukopis). 0510 (10): 011. arXiv:astro-ph / 0302138. Bibcode:2005JCAP ... 10..011D. doi:10.1088/1475-7516/2005/10/011. S2CID  5451633.
  10. ^ Blas, D .; J. Lesgourgues; T. Tram (2011). „TŘÍDA II: Aproximační schémata“. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 1107 (7): 034. arXiv:1104.2933. Bibcode:2011JCAP ... 07..034B. doi:10.1088/1475-7516/2011/07/034. S2CID  53490516.
  11. ^ Lesgourgues, J (2011). "TŘÍDA I: Přehled". arXiv:1104.2932 [astro-ph.IM ].
  12. ^ Lesgourgues, J. "TŘÍDA".
  13. ^ Lewis, Antony; Sarah Bridle (2002). „Kosmologické parametry z CMB a další údaje: přístup Monte-Carlo“. Fyzický přehled D. 66 (10): 103511. arXiv:astro-ph / 0205436. Bibcode:2002PhRvD..66j3511L. doi:10.1103 / PhysRevD.66.103511. S2CID  55316758.
  14. ^ Lewis, Antony (2013). "Efektivní vzorkování rychlých a pomalých kosmologických parametrů". Fyzický přehled D. 87 (10): 103529. arXiv:1304.4473. Bibcode:2013PhRvD..87j3529L. doi:10.1103 / PhysRevD.87.103529. S2CID  119259816.
  15. ^ Doran, Michael; Christian M. Mueller (2004). „Analyzujte to! Kosmologický balíček omezení pro CMBEASY“. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 0409 (3): 003. arXiv:astro-ph / 0311311. Bibcode:2004JCAP ... 09..003D. doi:10.1088/1475-7516/2004/09/003. S2CID  119333027.
  16. ^ Das, Santanu; Tarun Souradeep (2014). "SCoPE: Efektivní metoda odhadu kosmologických parametrů". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 1407 (18): 018. arXiv:1403.1271. Bibcode:2014JCAP ... 07..018D. doi:10.1088/1475-7516/2014/07/018. S2CID  119233297.