Teil III: 3) Ausführung einer Simulation

In diesem Unterpunkt werden die einzelnen Schritte beschrieben, wie man eine Simulation mit dem Einstein-Toolkit ausführt. Das betrachtete allgemeinrelativistische Problem welches simuliert werden soll, befasst sich mit dem Kollaps eines Neutronensterns zu einem schwarzen Loch (siehe Teil III: 5) Kollaps eines Neutronensterns zum schwarzen Loch ).

Festlegung des physikalischen Problems: Die Parameter-Datei

Bevor man eine Simulation mit dem Einstein-Toolkit ausführen kann, muss man dem Programm beschreiben was man eigentlich ausrechnen will - dies wird in einer sogenannten Parameter-Datei gemacht. Die Parameter-Datei unseres Systems kann man unter dem folgenden Link einsehen: (siehe col_004-05-dx01-noexcition.par). In dieser Datei werden unter anderem die folgenden Größen festgelegt:

  • Es wird festgelegt wie lange die Simulation laufen soll und welche Thorns des Einstein-Toolkits aktiviert werden sollen. Mit dem Begriff Thorns werden Teilprogramme des Einstein-Toolkits bezeichnet, welches sehr modular aufgebaut ist.
  • Die Parameter des Anfangszustandes des Neutronensterns, wie z.B. seine zentrale Dichte und die ihm eigene Zustandsgleichung (hier im Beispiel eine Polytrope mit K=100 und Gamma=2) werden festgelegt und dem Stern wir eine kleine (5 %) radiale Störung hinzugefügt.
  • Die numerische Berechnung im Einstein-Toolkit erfolgt auf einem kartesischem Gitter. Es muß angegeben werden wie groß das Gitter und wieviele Gitterpunkte es haben soll. Im Einstein-Toolkit kann man im allgemeinen mehrere Gitter-Verfeinerungen (Mesh refinement) haben. In unserem Beispiel verwenden wir jedoch nur ein Gitternetz, welches 12 Einheiten breit ist und die Gitterpunkte liegen 0.1 auseinander (1 Einheit entspricht ca. 1.4766 Kilometer).
  • Es wird angegeben in welcher Formulierung die Zeitentwicklung der Einsteingleichungen vollzogen wird (hier BSSNOK).
  • Die Zeitentwicklung der hydrodynamischen Gleichungen wird mit den GRHydro-Thorn gemacht. Es wird dann noch der Wert der Atmosphäre und die Zustandsgleichung während der Evolution festgelegt.
  • Während des Kollaps zum schwarzen Loch bildet sich im Inneren des Neutronensterns der Ereignishorizont und dieser breitet sich dann nach Außen aus, bis er seinen Endwert erreicht und keine Materieeinfall ihn mehr vergrössert. Da die Berechnung des Ereignishorizontes die gesamte Struktur der Raumzeit benötigen würde, wir im Programm der 'Apparent horizon' (scheinbare Horizont) ausgerechnet, welcher ein lokales Konzept ist.
  • Schließlich wird noch angegeben welche Eigenschaften und Variablen während der Simulation ausgegeben werden sollen. Hierbei wir auch spezifiziert in welchem Format (ASCII oder HDF5) und wie oft die Ausgabe der Resultate getätigt werden soll.

Starten der Simulation

Das Ausführung einer Simulation gliedert sich in zwei Unterpunkte:

  • Zunächst wird die Simulation mittels Simfactory erzeugt. Hierbei muss die durch den Kompilierungsprozess entstandene Konfiguration (hier 'et') und der Parameterfile (hier 'col_004-05-dx01-noexcition.par') angegeben werden. Man muss der Simulation zusätzlich noch einen Namen geben (hier 'KollapsNS004pert05dx01'). Während des Prozesses der Erstellung der Simulation wird im 'scratch'-Bereich des Users unter 'Simulations' ein neuer Ordner erzeugt, indem dann die Simulationsergebnisse gespeichert werden.
  • Das Starten einer Simulation auf Großrechnern geschiet nicht instantan, sonder man muss die Simulation zunächst in einer Warteschleife einreichen und wenn Kapazitäten vorhanden sind wird diese dann ausgeführt; dies geschiet mit den 'submit'-Komando. Man muss zusätzlich noch angeben welche Simulation man starten möchte (hier 'KollapsNS004pert05dx01'), mit wievielen Threads bzw. Prozessoren man die Simulation ausführen will (hier 12) und wie lange die Simulation maximal dauern wird (hier sechs Stunden). Nachdem man seine Simulation eingereicht hat, kann man mit dem Kommando 'squeue' nachfragen, wann die Simulation voraussichtlich starten wird.