Recentemente, YANG Xiaolin e seus colaboradores dos Observatórios de Yunnan da Academia Chinesa de Ciências desenvolveram um novo código rápido, Lemon (Solucionador de Monte Carlo de Equações Integrais Lineares com Base na Solução de Neumann), visando resolver os processos de transferência de radiação (RTPs) com precisão. O esquema do código é baseado na equação integral linear e sua solução da série de Neumann. O estudo foi publicado no The Suplemento de Jornal Astrofísico Series.

RTs são os processos físicos mais primários e onipresentes no campo da astrofísica, e desempenham um papel importante tanto em pesquisas teóricas quanto em observações práticas. Para resolver RTs, vários métodos foram propostos, entre os quais o método de Monte Carlo (MC) é o método numérico mais importante e amplamente utilizado devido à sua simplicidade, mas desempenhos poderosos e notáveis.

O método MC convencional (ou esquema de rastreamento de fótons), Contudo, tem um defeito intrínseco que é a grande quantidade de cálculos que geralmente produzem um resultado com baixa estática de saída e grande variação, uma vez que uma parte significativa do custo computacional é totalmente desperdiçada.

Para superar o defeito, Yang Xiaolin e seus colaboradores propuseram um novo esquema, em que eles sugeriram que o método MC empregado para resolver os RTs deveria ser construído na equação integral e sua solução de Neumann ao invés do rastreamento de fótons.

O novo esquema tem grandes vantagens. Ele pode obrigar os fótons a contribuir para os resultados em cada local de dispersão, melhorando significativamente a eficiência e precisão do cálculo. Como resultado, o defeito é superado ou atenuado. Ele pode tratar os RTs com e sem polarizações em uma estrutura unificada e simplificar o procedimento de cálculo se a configuração geométrica do sistema tiver uma simetria axial ou esférica. Adicionalmente, ele pode ser aplicado diretamente para resolver qualquer equação diferencial-integral linear com condições iniciais ou de contorno fornecidas de forma apropriada.

O Lemon foi desenvolvido completamente neste novo esquema e escrito na linguagem FORTRAN 90. Ele está disponível publicamente e pode ser baixado em:github.com/yangxiaolinyn/Lemon. Atualmente, O Lemon pode resolver os problemas dos RTs principalmente restritos ao espaço-tempo plano. Para aumentar a velocidade de computação, Lemon implementa a computação paralela mais simples adotando o esquema de interface de passagem de mensagem (MPI).

A validação do Lemon foi verificada reproduzindo os resultados de vários problemas de teste. Pode-se descobrir que o Lemon é caracterizado pela velocidade rápida, flexibilidade em métodos computacionais, alta eficiência e precisão, que garante as aplicações potenciais do Lemon para os cálculos de RTs no futuro.