einstein@home | |
---|---|
Skærmbillede af programmet under beregningen. Hvide prikker er de vigtigste stjerner på stjernehimlen, der er en del af stjernebillederne ; lilla prikker er kendte radiopulsarer; mørkerøde prikker er supernova- rester ; orange syn - det område af himlen, der studeres; røde, grønne, blå og grå segmenter - gravitationsdetektorer | |
Platform | BOINC |
Software download størrelse | 43-147 MB |
Jobdata indlæst størrelse | 6-100 MB |
Mængden af sendt jobdata | 15 KB |
Diskplads _ | 120 MB |
Brugt mængde hukommelse | 80-184 MB |
GUI | Ja |
Gennemsnitlig opgaveberegningstid | 4-13 timer |
deadline | 14 dage |
Mulighed for at bruge GPU | nVidia , AMD / ATI (BRPx) |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Einstein@Home er et frivilligt computerprojekt på BOINC-platformen for at teste Einsteins hypotese om eksistensen af gravitationsbølger , som blev opdaget 100 år senere (i september 2015). I løbet af projektet blev det oprindelige mål udvidet: Projektet leder nu også efter pulsarer ved hjælp af radio- og gammastråleteleskoper. Projektet startede inden for rammerne af World Year of Physics 2005 og er koordineret af University of Wisconsin-Milwaukee ( Milwaukee , USA ) og Institute for Gravitational Physics i Max Planck Society ( Hannover , Tyskland ), lederen er Bruce Allen . For at teste hypotesen er et atlas af gravitationsbølger udsendt af hurtigt roterende ikke-aksesymmetriske neutronstjerner ( pulsarer ), woblere ( eng. wobbling star ), accreting ( eng. accreting star ) og pulserende stjerner ( eng. oscillerende stjerne ) bliver kompileret [1] . Data til analyse kommer fra Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) og GEO600 . Ud over at teste Einsteins generelle relativitetsteori og få svar på spørgsmålene "Forplanter gravitationsbølger sig med lysets hastighed ?" og "Hvordan er de forskellige fra elektromagnetiske bølger ?" [2] , vil direkte detektion af gravitationsbølger også repræsentere et vigtigt nyt astronomisk værktøj (de fleste neutronstjerner udstråler ikke i det elektromagnetiske område og gravitationsdetektorer kan føre til opdagelsen af en hel række hidtil ukendte neutronstjerner [3] ). Tilstedeværelsen af eksperimentelle beviser på fraværet af gravitationsbølger med kendt amplitude fra kendte kilder vil så tvivl om den meget generelle relativitetsteori og forståelse af gravitationens essens .
Siden marts 2009 er en del af projektets regnekraft blevet brugt til at analysere data opnået af PALFA- konsortiet fra radioteleskopet i Arecibo Observatory ( Puerto Rico ) for at søge efter radiopulsarer i binære stjernesystemer [4] [5] . Under analysen blev 2 nye hidtil ukendte radiopulsarer opdaget - PSR J2007+2722 (2010) og PSR J1952+2630 (2011). Analyse af data fra radioteleskopet ved Parkes Observatory ( Australien ) gjorde det muligt at opdage 23 hidtil ukendte radiopulsarer i 2011-2012 [6] . Ved behandling af en ny del af data opnået af Arecibo Observatory i 2011-2012. ved hjælp af Mock-bredbåndsspektrometeret blev 28 nye radiopulsarer opdaget i 2011-2015 [7] . Det samlede antal åbne radiopulsarer er 54. I 2013-2016. Under analysen af data fra GLAST gammastråleteleskopet blev 18 gammastrålepulsarer opdaget [8] [9] . Frivillige, hvis computere deltog i opdagelsen af pulsarer, modtager et mindecertifikat fra arrangørerne af projektet [10] .
Beregninger inden for projektet startede på BOINC-platformen i november 2004 [11] . Pr. 15. december 2013 deltog 355.367 brugere (2.471.906 computere) fra 222 lande i det, hvilket gav en integreret ydeevne på omkring 1 peta flop [12] . Alle med en computer forbundet til internettet kan deltage i projektet . For at gøre dette skal du installere BOINC Manager- programmet på det og oprette forbindelse til Einstein@home-projektet.
Hovedopgaven med beregningerne er at udvinde et nyttigt signal ( interferensmønster ) fra støj, som er en konsekvens af termiske vibrationer af atomer i spejle, lysets kvantenatur, seismiske bevægelser af jordskorpen eller resonansvibrationer af trådene på hvor optikken er suspenderet. Detektionsprocessen kompliceres også af indflydelsen fra Jordens rotation omkring Solen og omkring dens akse, som tilsammen forårsager et frekvensskift af signalet på grund af Doppler-effekten . Under databehandling udføres en konsistent signalfiltrering, som kræver sammenligning af en støjende prøve med en reference, og en sammenligning af ti-timers segmenter af observationer ("segmenter") på interferometeret udføres med et teoretisk forudsagt mønster, der bør være skabt af gravitationsbølger, der kommer fra roterende neutronstjerner, formodentlig placeret i visse områder af himmelsfæren. Sådanne gravitationsbølger er kontinuerlige ( engelsk continuous-wave, CW ), har en konstant amplitude og er quasi-monokromatiske (har et lille fald i frekvens over tid). I løbet af beregningerne bruges et ret tæt gitter (30.000 noder), der dækker hele himlen (det antages, at pulsaren kan være placeret på et hvilket som helst punkt af himmelkuglen ved gitterknuderne), og forskellige frekvenser og deres hastigheder ændringer (faktisk afledte af frekvens) sorteres fra.
Ved hjælp af Short Fourier Transform ( SFT ) opdeles halvtimes datafragmenter fra gravitationsteleskopet i et sæt af 2901 SFT-filer (hver fil, der behandles på brugerens maskine, dækker spektrumfrekvensen på 0,8 Hz: 0,5 Hz nyttige data plus sidesløjfer) , som tilsammen dækker frekvensområdet fra 50 til 1500,5 Hz. Interferensen, der genereres af selve instrumentet, fjernes så vidt muligt (erstattet af Gaussisk hvid støj ) langs a priori kendte linjer i det spektrum, der er specifikt for hver af detektorerne. Som et resultat af analysen sendes information om mulige ansøgere identificeret under beregninger ved hjælp af Fisher-kriteriet til projektserveren (instrumentets støj adlyder den normale Gauss-fordeling , det beregnede Fisher-kriterium har en fordeling med fire frihedsgrader, og dens parameter Ikke-centreret chi-kvadratfordeling er proportional med kvadratet af gravitationsbølgens amplitude). De udvalgte kandidater opfylder uligheden (ved brug af Hough-transformationen kan kravene til kandidater lempes til [15] ). Den beskrevne procedure udføres for to forskellige ti-timers datablokke, hvorefter resultaterne sammenlignes, og nogle af dem filtreres fra, der adskiller sig med mere end 1 MHz i frekvens og med 0,02 rad i position på himmelkuglen. Resultaterne sendes derefter til projektserveren til efterbehandling, som består i at kontrollere, at der for de fleste af datasættene skal opnås matchende resultater (i dette tilfælde kan der i nogle tilfælde opdages falske pulsar-kandidater på grund af tilstedeværelsen af støj). Efterbehandling af resultaterne udføres på Atlas computing cluster [16] placeret på Albert Einstein Institute i Hannover og indeholder 6720 Xeon QC 32xx 2,4 GHz processorkerner (peak performance - 52 teraflops, reelle - 32,8 teraflops) [15] .
På lignende måde kan ikke kun data fra gravitationsdetektorer analyseres, men også observationer i radio- , røntgen- og gammaområdet med detektering af pulsarer af de tilsvarende typer [17] .
Den 17. august 2011 blev Albert@Home [18] -projektet lanceret , hvis formål er at teste nye versioner af computerapplikationer til Einstein@home-projektet. Den 23. december 2011 dukkede de første beregningsopgaver op i projektet.
De første beregninger, foretaget fra 22. februar 2005 til 2. august 2005 , blev udført inden for projektets rammer under analysen af data fra den "tredje videnskabelige opsendelse" (S3) af LIGO gravitationsteleskopet [14] . 60 registrerede segmenter af data fra den 4 km lange LIGO-detektor i Hanford blev behandlet , som hver varede 10 timer. Hvert 10-timers segment blev analyseret ved hjælp af frivillige computere for tilstedeværelsen af gravitationsbølgesignaler ved hjælp af matchede filtreringsalgoritmer . Derefter blev resultaterne af forskellige segmenter kombineret under efterbehandling på projektserverne for at øge følsomheden af søgningen og offentliggjort [19] .
Databehandling af S4-sættet (den "fjerde videnskabelige kørsel" af LIGO) blev startet den 28. juni 2005 (under behandlingen af data fra det tidligere S3-sæt) og afsluttet i juli 2006 . Dette eksperiment brugte 10 30-timers segmenter af data fra 4 km LIGO-detektoren i Hanford og 7 30-timers segmenter fra 4 km LIGO-detektoren i Livingston , Louisiana . Ud over det faktum, at de indsamlede data fra detektorerne var mere nøjagtige, blev der brugt et mere præcist skema til at kombinere resultaterne af beregninger under efterbehandling. Resultaterne blev publiceret i tidsskriftet Physical Review [20] .
For at teste behandlingsalgoritmer er det muligt at tilføje hardware ( hardware-injicerede signaler ) og software ( softwareinjektioner ) forstyrrelser til de eksperimentelle data , der efterligner tilstedeværelsen af gravitationsbølger i signalet . For en hardwarekilde udføres det fysiske skift af detektorspejlene, hvilket simulerer passagen af en gravitationsbølge; programmer er baseret på programmatisk modifikation af registrerede data. Efter at have taget hoveddataene fra S4-eksperimentet, blev forstyrrelser fra 10 hypotetiske isolerede pulsarer tilføjet til signalet. Af disse blev kun 4 detekteret under behandlingen (signaler fra 4 viste sig at være for svage på baggrund af støj, 2 andre blev identificeret forkert).
Projektet vakte øget opmærksomhed blandt deltagere i frivillig distribueret databehandling i marts 2006 i forbindelse med udgivelsen af en optimeret version af beregningsmodulet til analyse af S4-datasættet, udviklet af projektdeltageren, den ungarske programmør Akos Fekete ( engelsk Akos Fekete ) [ 21] . Fekete forbedrede den officielle version af applikationen ved hjælp af SSE vektorudvidelser , 3DNow ! og SSE3 processorinstruktionssystemer , hvilket førte til en stigning i projektydelsen på op til 800 % [22] . Senere blev han inviteret til at deltage i udviklingen af den nye applikation S5 [23] . I juli 2006 blev den nye optimerede applikation bredt udbredt blandt projektdeltagerne, hvilket cirka fordoblede projektets integrerede produktivitet sammenlignet med S4 [24] .
Analysen af den tidlige del af data fra den "femte videnskabelige opsendelse" (S5R1) fra gravitationsteleskopet LIGO, hvor interferometerets designfølsomhed blev opnået for første gang , blev startet den 15. juni 2006 . I dette eksperiment blev 22 segmenter på 30 timer hver fra 4 km LIGO-detektoren i Hanford og 6 30-timers segmenter fra 4 km LIGO-detektoren i Livingston analyseret på samme måde som det foregående eksperiment. De opnåede resultater, også publiceret i Physical Review, er mere nøjagtige (ca. 3 gange) på grund af brugen af en større mængde eksperimentelle data sammenlignet med S4 (den mest nøjagtige kendte på udgivelsestidspunktet) [25] .
Den anden del af dataene fra eksperimentet S5[ hvornår? ] (S5R3) øger også følsomheden lidt [26] . Databehandlingen af forsøget blev afsluttet den 25. september 2008 . I modsætning til tidligere eksperimenter bruger denne matchet filtrering af 84 datasegmenter på 25 timer hver fra både LIGO gravitationsteleskoperne ved Hanford og Livingston, kombineret direkte på deltagernes computere ved hjælp af Hough-transformationen .
Fra 13. januar 2009 til 30. oktober 2009 blev dataene fra S5R5-eksperimentet (frekvensområde op til 1000 Hz) behandlet. Der blev ikke detekteret nogen statistisk signifikante gravitationsbølgesignaler, begrænsningen på den maksimale gravitationsbølgeamplitude, som detektorer er i stand til at detektere, øges med ca. 3 gange (ved en frekvens på 152,5 Hz er den 7,6⋅10 −25 m), det maksimale detektionsområde af neutroner, der udsender gravitationsbølger, er stjerner anslået til 4 kilo parsecs (13.000 lysår) for en stjerne med elliptisk [15] .
I oktober 2009 startede fortsættelsen af eksperimentet (S5R6), hvor frekvensområdet blev udvidet til 1250 Hz.
Den 7. maj 2010 blev en ny fase af søgningen (S5GC1) lanceret ved hjælp af en forbedret metodologi (søg efter globale korrelationer i parameterrum for mere effektivt at kombinere resultaterne af forskellige segmenter), hvor 205 datasegmenter af 25 timer hver fra begge gravitationsteleskoper bør analyseres LIGO ved Hanford og Livingston [3] [17] . Den 26. november 2010 blev udvidelsen af det analyserede frekvensområde fra 1200 til 1500 Hz (S5GC1HF) [27] annonceret .
I maj 2011 startede analysen af et nyt stykke data (S6Bucket). Den 5. marts 2012 blev implementeringen af et nyt beregningsmodul og lanceringen af det tilsvarende eksperiment (S6LV1, "LineVeto") [28] annonceret . Den 14. januar 2013 blev S6BucketLVE-eksperimentet lanceret. Den 17. juli 2013 blev S6CasA-eksperimentet [29] iværksat , hvis formål er en "dirigeret" søgning efter gravitationsbølger fra den retning, der svarer til supernovaen Cassiopeia A .
Den 24. marts 2009 blev det annonceret, at projektet begyndte at analysere data fra PALFA-konsortiet fra Arecibo Observatory i Puerto Rico (ABPS, ABP1, ABP2). Dataene, der behandles, blev opnået ved hjælp af et WAPP- spektrometer (bredden af det modtagne bånd er 100 MHz, 256 kanaler).
Under analysen af data indsamlet i 2005-2007 blev to hidtil ukendte radiopulsarer opdaget.
Den 26. november 2009 blev der annonceret en applikation (BRP3) med understøttelse af CUDA -teknologi til at søge efter dobbelte radiopulsarer, mens man behandler en ny del af data modtaget fra Parkes Multibeam Pulsar Survey (PMPS [ 30 ] ) radioteleskop. Under beregninger bruger den både CPU'en (der udfører hoveddelen af beregningerne) og NVIDIA GPU'en ( Fourier transform ), hvilket reducerer den samlede beregningstid med omkring 20 gange [31] . Under analysen blev 23 nye radi-pulsarer [6] opdaget og mere end 100 kendte blev genopdaget, herunder 8 millisekunders pulsarer [32] .
Den 1. juni 2011 blev lanceringen af et nyt beregningsmodul (FGRP1) annonceret til analyse af data fra GLAST - teleskopet , der opererer i gammastråleområdet [33] . I slutningen af 2012 dukkede de første beregningsopgaver til FGRP2-eksperimentet op, under analysen af hvilke 4 gammastrålepulsarer blev opdaget i 2013 [8] . I januar 2014, som en del af FGRP3-eksperimentet, blev et beregningsmodul implementeret til at søge efter gammastrålepulsarer ved hjælp af en GPU. I 2015 blev 1 gammastrålepulsar opdaget [34] .
Den 21. juli 2011 blev et nyt eksperiment (BRP4) lanceret for at behandle en frisk batch af data fra Arecibo-observatoriet. Dataene blev opnået ved hjælp af et nyt bredbånds-Jeff Mock-spektrometer (modtaget båndbredde - 300 MHz, 1024 kanaler), opkaldt efter dets skaber [35] . Ved bearbejdning af job er det muligt at bruge CUDA- og OpenCL-teknologier. På nuværende tidspunkt, under behandlingen af eksperimentelle data, er 24 og flere snesevis af allerede kendte radiopulsarer blevet opdaget og genopdaget [7] . I 2013 blev BRP5-eksperimentet lanceret, hvis formål er en detaljeret undersøgelse af Perseus-armen med henblik på at søge efter radiopulsarer. I februar 2015 blev eksperimentet BRP6 (PMPS XT) lanceret, hvis formål er at udvide søgeområdet for radiopulsarer mod højere rotationsfrekvenser.
15 radiopulsarer opdaget _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ -1047 , PSR J1838-1848 , PSR J1821-0325 , PSR J1950+24 , PSR J1952+ J1952+19 ,01 , 01 , 70 ).
30 radiopulsarer opdaget _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ J1601-5023 , PSR J1726-3156 , PSR J1855 + 03 , PSR J1857+02190 , PSR01 , PSR01 + 5 J1900+0439 , PSR J1953+24 , PSR J1305-66 , PSR J1637-46 J1652-48 , PSR J1838-01 , PSR J0811-38 , PSR J1750-25 , PSR J18-7 , PSR J18-18, PSR 7 , 68 44 , PSR J1644-46 , PSR J1908+0831 , PSR J1903+06 , PSR J1912+09 ).
1 radiopulsar ( PSR J1859+03 ) og 4 gammastrålepulsarer ( PSR J0554+3107 , PSR J1422-6138 , PSR J1522-5735 , PSR J1932+1916 ) blev opdaget.
1 radiopulsar opdaget ( PSR J1910+07 ).
5 radiopulsarer ( PSR J1948+28 , PSR J1953+28 , PSR J1955+29 , PSR J1853+00 , PSR J1853+0029 ) og 1 gammastrålepulsar ( PSR J1906+0722 ) er blevet opdaget.
13 gammastrålepulsarer opdaget _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ , PSR J1650-4601 , PSR J1827-1446 , PSR J1844-0346 , PSR J2017 + 3625 )
Diskussion af projektet i foraene:
computerprojekter | Frivillige|
---|---|
Astronomi |
|
Biologi og medicin |
|
kognitive |
|
Klima |
|
Matematik |
|
Fysisk og teknisk |
|
Multifunktionel |
|
Andet |
|
Hjælpeprogrammer |
|
Gravitationsbølgeastronomi : detektorer og teleskoper | ||
---|---|---|
Underjordisk interferometrisk (fungerende) |
| |
Jordinterferometrisk (fungerende) | ||
Jord andre (fungerende) | ||
Jord (planlagt) | ||
Plads (planlagt) | LISA | |
historisk |
| |
Dataanalyse | einstein@home | |
Signaler ( liste ) |