Эйнштейн @ Home - Einstein@Home

Эйнштейн @ Home
Эйнштейн дома logo.png
Разработчики)LIGO Scientific Collaboration (LSC), Общество Макса Планка (MPG)
изначальный выпуск19 февраля 2005 г. (2005-02-19)
Статус разработкиАктивный
Операционная системаКроссплатформенность
ПлатформаBOINC
ЛицензияСтандартная общественная лицензия GNU, версия 2.[1]
Средняя производительность6.545 PFLOPS[2] (Сентябрь 2020 г.)
Активные пользователи22,035[2]
Всего пользователей1,028,716[3]
Активные хосты33,654[2]
Всего хостов7,829,871[4]
Интернет сайтЭйнштейн.org

Эйнштейн @ Home волонтер распределенных вычислений проект, который ищет сигналы от вращающихся нейтронных звезд в данных с LIGO детекторы гравитационных волн, от больших радиотелескопов и от Космический гамма-телескоп Ферми. Нейтронные звезды обнаруживаются их импульсными радио и гамма-луч излучение как радио и / или гамма-лучи пульсары. Они также могут наблюдаться как непрерывные гравитационная волна источники, если они быстро вращаются и деформируются неосесимметрично. Einstein @ Home изучает данные радиотелескопа Обсерватория Аресибо и в прошлом анализировал данные из Обсерватория Паркса, поиск радио пульсары. Проект также анализирует данные из Космический гамма-телескоп Ферми открыть гамма-пульсары. Проект работает на Открытая инфраструктура Беркли для сетевых вычислений (BOINC) программная платформа и использование бесплатно программное обеспечение выпущен под Стандартная общественная лицензия GNU, версия 2.[1] Einstein @ Home размещается на Университет Висконсина – Милуоки и Институт гравитационной физики Макса Планка (Институт Альберта Эйнштейна, Ганновер, Германия). Проект поддерживается Американское физическое общество (APS), США Национальный фонд науки (NSF) и Общество Макса Планка (MPG). Директором проекта Einstein @ Home является Брюс Аллен.

12 августа 2010 года, первое открытие Эйнштейном @ Home ранее необнаруженного радиопульсара. J2007 + 2722, найденный в данных обсерватории Аресибо, был опубликован в Наука.[5][6] По состоянию на сентябрь 2020 года в рамках проекта было обнаружено 55 радиопульсаров.[7][8][9]

По состоянию на сентябрь 2020 года Einstein @ Home обнаружил 25 ранее неизвестных источников гамма-излучения.[10][9] в данных с телескопа большой площади на борту космического гамма-телескопа Ферми. Поиск Einstein @ Home использует новые и более эффективные методы анализа данных и обнаруживает пульсары, отсутствующие в других анализах тех же данных.[11][9]

Вступление

Официально проект был запущен 19 февраля 2005 г. в рамках Американское физическое общество вклад в Всемирный год физики 2005 мероприятие.[12] Он использует силу волонтер -приводной распределенных вычислений при решении вычислительно-ресурсоемкой задачи анализа большого объема данных. Такой подход был впервые предложен SETI @ home проект, который предназначен для поиска признаков внеземной жизни путем анализа данных радиоволн. Einstein @ Home работает на той же программной платформе, что и SETI @ home, Открытая инфраструктура Беркли для сетевых вычислений (BOINC).

По состоянию на ноябрь 2016 года в проекте приняли участие более 440 000 волонтеров из 226 стран, что сделало его четвертым по популярности приложением BOINC.[13] Пользователи регулярно вносят около 6.5 петафлопс вычислительной мощности,[14] что поместило бы Einstein @ Home в число 60 лучших TOP500 Список суперкомпьютеры.[15]

Научные цели

Проект Einstein @ Home был создан для выполнения поисков по всему небу ранее неизвестных источников непрерывных гравитационных волн (CW) с использованием данных из Лазерный интерферометр Гравитационно-волновая обсерватория (LIGO ) детекторные приборы в Вашингтоне и Луизиане, США.[16] Основной класс целевых источников CW быстро вращается. нейтронные звезды (включая пульсары ), которые, как ожидается, будут излучать гравитационные волны из-за отклонения от осесимметрия. Помимо подтверждения общей теории относительности Эйнштейна, прямое обнаружение гравитационных волн также составило бы важный новый астрономический инструмент. Поскольку большинство нейтронных звезд электромагнитно невидимы, наблюдения с помощью гравитационных волн могут позволить выявить совершенно новые популяции нейтронных звезд. Обнаружение непрерывного излучения потенциально может быть чрезвычайно полезным в астрофизике нейтронных звезд и в конечном итоге даст уникальное понимание природы вещества при высоких плотностях.[17]

С марта 2009 года часть вычислительной мощности Einstein @ Home также использовалась для анализа данных, полученных ПАЛЬФА Консорциум при Обсерватория Аресибо в Пуэрто-Рико.[18] Эти поиски предназначены для поиска радиопульсаров в тесных двойных системах.[19] Аналогичный поиск был проведен также на двух наборах архивных данных из Многолучевой пульсарный обзор Parkes.[20] Поиск радиопульсаров Einstein @ Home использует математические методы, разработанные для поиска гравитационных волн.[21]

С июля 2011 года Einstein @ Home также анализирует данные телескопа Large Area Telescope (LAT), основного инструмента на Космический гамма-телескоп Ферми поиск импульсного гамма-излучения вращающихся нейтронных звезд (гамма-пульсаров).[22] Некоторые нейтронные звезды можно обнаружить только по их импульсному гамма-излучению, которое возникает в другой области магнитосферы нейтронной звезды, чем радиоизлучение. Определить скорость вращения нейтронной звезды сложно с вычислительной точки зрения, потому что для типичного гамма-пульсара только тысячи гамма-фотонов будут обнаружены LAT в течение миллионов вращений.[23] Анализ данных LAT Einstein @ Home использует методы, первоначально разработанные для обнаружения непрерывных гравитационных волн.

Анализ гравитационно-волновых данных и результаты

Einstein @ Home выполнил множество анализов, используя данные инструментов LIGO. С момента первого поискового запуска в 2005 году качество данных LIGO постоянно улучшалось за счет улучшенных характеристик детектора. Алгоритмы поиска Einstein @ Home идут в ногу с развитием технологий LIGO, обеспечивая повышенную чувствительность поиска.

Первый анализ Einstein @ Home[24] использованы данные «третьего научного цикла» (S3) LIGO. Обработка набора данных S3 проводилась в период с 22 февраля 2005 г. по 2 августа 2005 г. В этом анализе использовалось 60 сегментов 4-километрового детектора LIGO Hanford, суммарно по 10 часов данных каждый. Каждый 10-часовой сегмент анализировался на наличие сигналов CW на компьютерах добровольцев с использованием согласованная фильтрация техника. Когда были возвращены все результаты согласованной фильтрации, результаты из разных сегментов были затем объединены на «этапе постобработки» на серверах Einstein @ Home с помощью схемы совпадений для дальнейшего повышения чувствительности поиска. Результаты были опубликованы на веб-страницах Einstein @ Home.[25]

Работа над набором данных S4 (четвертый научный прогон LIGO) была начата с чередования с вычислениями S3 и завершена в июле 2006 г. В этом анализе использовались 10 сегментов по 30 часов каждый из 4-километрового детектора LIGO Hanford и 7 сегментов по 30 часов каждый. от детектора LIGO Livingston 4 км. Помимо того, что данные S4 более чувствительны, в постобработке также применялась более чувствительная схема комбинации совпадений. Результаты этого поиска привели к первой научной публикации Einstein @ Home в Физический обзор D.[26]

Einstein @ home получил значительное внимание в международном распределенных вычислений сообщества, когда в марте 2006 года волонтером проекта Акосом Фекете, венгерским программистом, было разработано и выпущено оптимизированное приложение для анализа набора данных S4.[27] Fekete улучшил официальное приложение S4 и представил SSE, 3DNow! и SSE3 Оптимизация кода, повышающая производительность до 800%.[28] Фекете получил признание за свои усилия и впоследствии вместе с командой Einstein @ home официально участвовал в разработке нового приложения S5.[29] К концу июля 2006 года это новое официальное приложение стало широко распространяться среди пользователей Einstein @ home. Приложение привело к значительному увеличению общей производительности и продуктивности проекта, что измеряется скоростью с плавающей запятой (или ФЛОПЫ ), который со временем увеличился примерно на 50% по сравнению с неоптимизированными приложениями S4.[30]

Первый анализ Einstein @ Home раннего набора данных LIGO S5, в котором приборы изначально достигли проектной чувствительности, начался 15 июня 2006 г. В этом поиске использовались 22 сегмента по 30 часов каждый от 4-километрового детектора LIGO Hanford и шесть сегментов 30 часов от детектора LIGO Livingston 4 км. Этот прогон анализа (кодовое название «S5R1») с использованием методологии поиска Einstein @ Home был очень похож на предыдущий анализ S4. Однако результаты поиска были более чувствительными из-за использования большего количества данных лучшего качества по сравнению с S4. На большей части пространства параметров поиска эти результаты, которые также появлялись в Физический обзор D, являются наиболее исчерпывающими из опубликованных на сегодняшний день.[31]

Второй поиск Einstein @ Home данных LIGO S5 (кодовое название «S5R3») представляет собой дальнейшее значительное улучшение в отношении чувствительности поиска.[32] В отличие от предыдущих поисков, следующие результаты уже были объединены на компьютерах волонтеров через Преобразование Хафа техника. Этот метод сопоставлял отфильтрованные результаты из 84 сегментов данных по 25 часов каждый, параметры из которых были получены с помощью инструментов LIGO Hanford и Livingston на расстоянии 4 км. Результаты этого поиска в настоящее время проходят дополнительную проверку.

7 мая 2010 г. был запущен новый поисковый запрос Einstein @ Home (кодовое имя «S5GC1»), в котором используется значительно улучшенный метод поиска. Эта программа проанализировала 205 сегментов данных по 25 часов каждый, используя данные 4-километровых инструментов LIGO Hanford и Livingston. Он использовал технику, которая использовала глобальные корреляции пространства параметров для эффективного комбинирования результатов согласованной фильтрации из разных сегментов.[17][33]

В марте 2016 года Einstein @ home начал поиск данных LIGO O1 расширенного поколения. Поиск сосредоточен на сигналах с частотами от 20 Гц до 100 Гц. Поиск включает в себя два компонента: один для стандартных вечных непрерывных гравитационных волн, а другой для непрерывных сигналов, продолжающихся всего несколько дней.[34]

Анализ радиоданных и результаты

24 марта 2009 г. было объявлено, что проект Einstein @ Home начинает анализ данных, полученных ПАЛЬФА Консорциум при Обсерватория Аресибо в Пуэрто-Рико.[18]

26 ноября 2009 г. CUDA -оптимизированное приложение для поиска Arecibo Binary Pulsar Search впервые было подробно описано на официальных веб-страницах Einstein @ home. Это приложение использует как обычный процессор, так и NVIDIA GPU для более быстрого выполнения анализа (в некоторых случаях до 50% быстрее).[35]

В своем анализе радиоданных, полученных от обсерватории Аресибо, Einstein @ Home повторно обнаружил 134 различных известных радиопульсара, в том числе пульсары длительностью 8 миллисекунд.[36]

12 августа 2010 года проект Einstein @ Home объявил об открытии нового разрушенного двойного пульсара, PSR J2007 + 2722;[6] это может быть самый быстро вращающийся пульсар, обнаруженный на сегодняшний день.[5] Компьютеры добровольцев Einstein @ Home Криса и Хелен Колвин и Дэниела Гебхардт наблюдали PSR 2007 + 2722 с наивысшей статистической значимостью.

1 марта 2011 года проект Einstein @ Home объявил о своем втором открытии: системе двойных пульсаров. PSR J1952 + 2630.[37] Компьютеры добровольцев Einstein @ Home из России и Великобритании наблюдали PSR J1952 + 2630 с наивысшей статистической значимостью.

К 15 мая 2012 года добровольцы Einstein @ Home обнаружили три новых радиопульсара (J1901 + 0510, J1858 + 0319 и J1857 + 0259) в Аресибо. ПАЛЬФА данные,[38] выпущено новое приложение для графических карт ATI / AMD. Используя OpenCL, новое приложение было в десять раз быстрее, чем на типичном процессоре. В настоящее время приложение доступно для компьютеров под управлением Windows и Linux с видеокартами Radeon HD 5000 или лучше.[39]

По состоянию на февраль 2015 года в рамках проекта Einstein @ Home был обнаружен в общей сложности 51 пульсар: 24 с использованием данных многолучевого исследования Parkes и 27 с использованием радиоданных Аресибо (в том числе два из бинарных радиопульсаров Аресибо и 25 с использованием данных спектрометра PALFA Mock). из Обсерватория Аресибо ).[36][40][41]

По состоянию на сентябрь 2020 года в рамках проекта Einstein @ home было обнаружено в общей сложности 55 радиопульсаров и 25 гамма-пульсаров.[9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Исходный код и лицензия приложения Einstein @ Home
  2. ^ а б c «Эйнштейн @ home: вычислительная мощность». Получено 2020-09-10.
  3. ^ "Эйнштейн @ home: Участники". Получено 2020-09-10.
  4. ^ «Эйнштейн @ home: хост-компьютеры». Получено 2020-09-10.
  5. ^ а б Книспель Б., Аллен Б., Кордес Дж. М. и др. (Сентябрь 2010 г.). «Открытие пульсаров глобальными волонтерскими вычислениями». Наука. 329 (5997): 1305. arXiv:1008.2172. Bibcode:2010Sci ... 329.1305K. Дои:10.1126 / science.1195253. PMID  20705813. S2CID  29786670.
  6. ^ а б «Домашние компьютеры открывают редкую звезду». Новости BBC. 13 августа 2010 г.. Получено 2010-08-13.
  7. ^ «Открытия в данных Аресибо». Эйнштейн @ Home. Получено 2016-11-14.
  8. ^ «Открытия в данных обсерватории Паркса». Эйнштейн @ Home. Получено 2016-11-14.
  9. ^ а б c d Эйнштейн @ home (10.09.2020). «Десятая годовщина первого открытия Einstein @ Home». Эйнштейн @ home. Получено 2020-09-10.
  10. ^ «Открытия в данных Fermi LAT». Эйнштейн @ Home. Получено 2016-11-10.
  11. ^ Кларк, Колин Дж .; и другие. (2016). "Обзор гамма-пульсаров Einstein @ Home I: методы поиска, чувствительность и открытие новых молодых гамма-пульсаров". Астрофизический журнал. 834 (2): 106. arXiv:1611.01015. Bibcode:2017ApJ ... 834..106C. Дои:10.3847/1538-4357/834/2/106. S2CID  5750104.
  12. ^ Бойл, Алан. «Программное обеспечение раскрывает тайны гравитации». Новости NBC. Получено 2006-06-03.
  13. ^ "Статистика проекта BOINCstats". Получено 2016-11-14.
  14. ^ "Einstein @ home: Кредитный обзор". Получено 2016-11-14.
  15. ^ «Список Top500 - ноябрь 2016». Получено 2016-11-14.
  16. ^ "Эйнштейн @ Home All Sky Search". Американское физическое общество. Архивировано из оригинал на 2006-05-04. Получено 2006-06-03.
  17. ^ а б Хольгер Дж. Плетч. «Самые глубокие исследования всего неба для непрерывных гравитационных волн». 2Physics.com. Получено 2010-07-25.
  18. ^ а б "New Einstein @ Home Effort запущен: тысячи домашних компьютеров будут искать в данных Аресибо новые радиопульсары". MPI для гравитационной физики. MPI по гравитационной физике. 24 марта 2009 г.. Получено 2016-11-16.
  19. ^ "Поиск Einstein @ Home Arecibo Radio Pulsar". Получено 16 ноября, 2016.
  20. ^ "Сообщение на форуме Einstein @ Home о поисках в данных обсерватории Паркса". Получено 16 ноября, 2016.
  21. ^ Аллен, Брюс; и другие. (2013). «Поиск радиопульсаров в Einstein @ Home и открытие PSR J2007 + 2722». Астрофизический журнал. 773 (2): 91. arXiv:1303.0028. Bibcode:2013ApJ ... 773 ... 91A. Дои:10.1088 / 0004-637X / 773/2/91. S2CID  119253579.
  22. ^ «Запуск поиска гамма-пульсаров Fermi-LAT». Получено 16 ноября, 2016.
  23. ^ Pletsch, Holger J .; и другие. (2012). «Обнаружение девяти гамма-пульсаров в данных Fermi-LAT с использованием нового метода слепого поиска». Астрофизический журнал. 744 (2): 105. arXiv:1111.0523. Bibcode:2012ApJ ... 744..105P. Дои:10.1088 / 0004-637X / 744/2/105. S2CID  51792907.
  24. ^ «Первый отчет по анализу S3». Получено 11 сентября, 2005.
  25. ^ «Заключительный отчет по анализу S3». Получено 28 марта, 2007.
  26. ^ Abbott, B .; и другие. (2009). "Einstein @ Home поиск периодических гравитационных волн в данных LIGO S4". Физический обзор D. 79 (2): 022001. arXiv:0804.1747. Bibcode:2009ПхРвД..79б2001А. Дои:10.1103 / PhysRevD.79.022001. S2CID  16542573.
  27. ^ "Профиль: Акос Фекете". Получено 2016-11-16.
  28. ^ «Новые ссылки на оптимизированные исполняемые файлы». Получено 2016-11-16.
  29. ^ «Программист ускоряет поиск гравитационных волн». Новый ученый. 2006-05-17. Получено 2009-07-01.
  30. ^ "Статус сервера Einstein @ home". Архивировано из оригинал на 20.08.2006. Получено 2006-08-22.
  31. ^ Abbott, B.P .; и другие. (2009). «Поиск Einstein @ Home периодических гравитационных волн в ранних данных S5 LIGO». Физический обзор D. 80 (4): 042003. arXiv:0905.1705. Bibcode:2009ПхРвД..80д2003А. Дои:10.1103 / PhysRevD.80.042003.
  32. ^ Рейнхард При. «Стратегия поиска S5R3».
  33. ^ Хольгер Дж. Плетч; Брюс Аллен (2009). «Использование крупномасштабных корреляций для обнаружения непрерывных гравитационных волн». Письма с физическими проверками. 103 (18): 181102. arXiv:0906.0023. Bibcode:2009ПхРвЛ.103р1102П. Дои:10.1103 / PhysRevLett.103.181102. PMID  19905796. S2CID  40560957.
  34. ^ «Первый поиск данных детектора LIGO передового поколения». einsteinathome.org. Получено 2016-11-16.
  35. ^ «Приложения ABP1 CUDA». Получено 2016-11-16.
  36. ^ а б "Einstein @ Home Arecibo Binary Radio Pulsar Search (Re-) Detections". Получено 2011-08-12.
  37. ^ "Einstein @ Home открывает новый двоичный радиопульсар". Домашняя страница проекта Einstein @ Home. 1 марта 2011 г.
  38. ^ "Добровольцы Einstein @ Home открывают три новых радиопульсара в данных Аресибо - Einstein @ Home". uwm.edu.
  39. ^ https://einsteinathome.org/content/einsteinhome-gpu-application-atiamd-graphics-cards#117166
  40. ^ "Einstein @ Home - Список пульсаров, обнаруженных по данным PMPS".
  41. ^ "Einstein @ Home новые открытия и обнаружения известных пульсаров в поиске BRP4". Получено 2015-03-02.

Научные публикации

внешняя ссылка