37、利用高性能计算技术生成微引力透镜放大图案

利用高性能计算技术生成微引力透镜放大图案

1. 引言

高性能计算机已成为现代研究的重要组成部分，但利用其强大功能的软件工具尚未达到普通研究人员期望的简单程度。研究人员熟悉顺序编码逻辑，但学习这些工具所需的时间被视为对其研究领域的干扰。而且，大多数与并行编程相关的问题（如并发、消息传递等）对他们来说很陌生。此外，代码通常在单处理器的工作站上开发，研究人员使用熟悉的工具开发、测试和运行代码，无需处理队列、共享资源等问题。这导致一些能用现有技术解决的问题被搁置，因为程序执行时间过长，实用性受限。

在这项工作中，我们以一个简单的顺序代码为例，该代码需要并行编程来实现快速计算，解决并行化问题需要高性能计算背景。加那利天体物理研究所（IAC）的天体物理学研究人员开发了一个Fortran77顺序代码，用于生成微引力透镜引起的放大图案，但执行时间过长，一个简单图案大约需要10小时才能完成。显然，只有使用高性能计算技术，该代码才能变得实用。我们的主要目标是将执行时间缩短到能在合理时间内生成大量此类图案的程度，次要目标是评估可用于此类问题的不同并行化工具。

2. 问题描述

引力使光线偏折是广义相对论最杰出的预测之一，1919年日食期间的一次测量太阳引力场导致天空中恒星视位置位移的探险实验证实了这一预测。尽管恒星光线被太阳或其他恒星偏折作为广义相对论的测试具有重要意义，但这种影响相对较弱。发现星系后，天文学家意识到这些天体的巨大引力场可能会产生强烈的光学效应，如形成多重图像（类似于地球上的大气海市蜃楼）。直到1919年日食探险60年后，才发现一个遥远天体因中间星系（透镜星系）的引力场而产生的双重图像。遥远的源是一个类星体，即一个在微小核区域中拥有一个被旋转物质盘（活动星系核）环