以繪圖運算器處理多體問題:模擬星系碰撞之動力演化過程

Abstract

重力多體問題的模擬，在天文研究中向來扮演重要角色，尤其是利用直接積分法，更可以達到高解析度的結果。但受限於電腦運算效能低落，人們被迫採取近似法以減少運算時間。 由於顯示卡具有多處理器、平行運算的特性，我們利用它取代中央處理器，來計算重力直接積分問題。本實驗室首先建構了顯示卡電腦群，由16台個人電腦與32張顯示卡組成，經實測證明，由顯示卡處理直接多體問題的效能，比起中央處理器的效能快了300多倍。操作顯示卡的方法，以及我們數值模擬的程式碼將被詳細討論。 我們用電腦群模擬星系碰撞的問題，本篇論文主要探討兩個星系碰撞並融合的演化過程，並且討論星系中心二維與三維質量密度的變化。經模擬發現，具有 Sersic model 分布的星系，經碰撞融合後，其 Sersic index 會由小變大，且其變化與初始條件的動能有關係；此外，我們亦發現，不論碰撞前與碰撞後，星系三維密度都遵守 NFW model 的分布。