einstein@home | |
---|---|
Képernyőkép a programról a számítás során. A fehér pontok a csillagos égbolt fő csillagai, amelyek a csillagképek részét képezik ; a lila pontok ismert rádiópulzárok; a sötétvörös pöttyök szupernóva- maradványok ; narancssárga látvány - a vizsgált égbolt régiója; piros, zöld, kék és szürke szegmensek - gravitációs detektorok | |
Felület | BOINC |
Szoftverletöltés mérete | 43-147 MB |
Munkaadatok betöltött mérete | 6-100 MB |
Az elküldött munkaadatok mennyisége | 15 KB |
Lemezterület _ | 120 MB |
Felhasznált memória mennyisége | 80-184 MB |
GUI | Igen |
Átlagos feladat számítási idő | 4-13 óra |
határidő | 14 nap |
GPU használatának képessége | nVidia , AMD / ATI (BRPx) |
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon |
Az Einstein@Home egy önkéntes számítástechnikai projekt a BOINC platformon , hogy tesztelje Einstein hipotézisét a gravitációs hullámok létezéséről , amelyeket 100 évvel később (2015 szeptemberében) fedeztek fel. A projekt során az eredeti cél kibővült: a projekt immár rádió- és gamma-teleszkóp segítségével is keres pulzárokat. A projekt a 2005-ös Fizika Világév keretében indult, és a University of Wisconsin-Milwaukee ( Milwaukee , USA ) és a Max Planck Társaság ( Hannover , Németország ) Gravitációs Fizikai Intézete koordinálja . Bruce Allen ] . A hipotézis tesztelése érdekében a gyorsan forgó, nem tengelyszimmetrikus neutroncsillagok ( pulzárok ) , wobblerek (pl . wobbling star ), akrétáló ( angol accreting star ) és pulzáló csillagok ( angol oszcilláló csillagok ) által kibocsátott gravitációs hullámok atlasza. összeállítás alatt [1] . Az elemzéshez szükséges adatok a Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) és a GEO600 -tól származnak . Amellett, hogy teszteljük Einstein általános relativitáselméletét , és választ kapunk a „Fénysebességgel terjednek-e a gravitációs hullámok ? ” kérdésekre? és "Miben különböznek az elektromágneses hullámoktól ?" [2] , a gravitációs hullámok közvetlen detektálása is fontos új csillagászati eszköz lesz (a legtöbb neutroncsillag nem sugárzik az elektromágneses tartományban, a gravitációs detektorok pedig egy egész sor, korábban ismeretlen neutroncsillag felfedezéséhez vezethetnek [3] ). Az ismert amplitúdójú gravitációs hullámok ismert forrásokból származó hiányára vonatkozó kísérleti bizonyítékok megkérdőjelezik a nagyon általános relativitáselméletet és a gravitáció lényegének megértését .
2009 márciusa óta a projekt számítási teljesítményének egy részét a PALFA konzorcium által az Arecibo Obszervatórium ( Puerto Rico ) rádióteleszkópjából nyert adatok elemzésére használják, hogy rádiópulzárokat keressenek kettős csillagrendszerekben [4] [5] . Az elemzés során 2 új, eddig ismeretlen rádiópulzárt fedeztek fel - PSR J2007+2722 (2010) és PSR J1952+2630 (2011). A Parkes Obszervatórium ( Ausztrália ) rádióteleszkópjának adatainak elemzése 2011-2012 között 23 eddig ismeretlen rádiópulzár felfedezését tette lehetővé [6] . Az Arecibo Obszervatórium által 2011–2012-ben szerzett adatok új részének feldolgozása során. a Mock szélessávú spektrométer segítségével 2011-2015 között 28 új rádiópulzárt fedeztek fel [7] . A nyitott rádiópulzárok száma összesen 54. A 2013-2016. A GLAST gamma-teleszkóp adatainak elemzése során 18 gammasugár-pulzárt fedeztek fel [8] [9] . Azok az önkéntesek, akiknek számítógépei részt vettek a pulzárok felfedezésében, emléklapot kapnak a projekt szervezőitől [10] .
A projekten belüli számítások a BOINC platformon 2004 novemberében kezdődtek [11] . 2013. december 15-én 222 ország 355 367 felhasználója (2 471 906 számítógép) vett részt benne, mintegy 1 peta flop integrált teljesítményt biztosítva [12] . A projektben bárki részt vehet, aki rendelkezik internetkapcsolattal rendelkező számítógéppel . Ehhez telepíteni kell rá a BOINC Manager programot, és csatlakozni kell az Einstein@home projekthez.
A számítások fő feladata egy hasznos jel ( interferenciaminta ) kinyerése a zajból, amely a tükrökben lévő atomok hőrezgéseinek, a fény kvantumtermészetének , a földkéreg szeizmikus mozgásának vagy a szálak rezonáns rezgésének következménye. amelyre az optika felfüggesztve van. Az észlelési folyamatot nehezíti a Föld Nap körüli és tengelye körüli forgásának hatása is , amelyek együttesen a jel frekvenciaeltolódását okozzák a Doppler-effektus miatt . Az adatfeldolgozás során konzisztens jelszűrést hajtanak végre, amihez egy zajos mintát kell összehasonlítani egy referencia mintával, és az interferométer tízórás megfigyelési szegmenseinek ("szegmenseinek") összehasonlítását egy elméletileg előre jelzett mintával kell elvégezni. forgó neutroncsillagokból származó gravitációs hullámok hoznak létre, amelyek feltehetően az égi szféra bizonyos területein helyezkednek el. Az ilyen gravitációs hullámok folytonosak ( angol folytonos hullám, CW ), állandó amplitúdójúak és kvázi monokromatikusak (időben enyhén csökken a frekvenciájuk). A számítások során egy meglehetősen sűrű rácsot (30 000 csomópont) használnak, amely lefedi az egész égboltot (feltételezzük, hogy a pulzár az égi szféra bármely pontján elhelyezhető a rács csomópontjainál), valamint különböző frekvenciákat és azok sebességét. a változás (sőt , a gyakoriság deriváltjai ) ki vannak rendezve.
A Short Fourier Transform ( SFT ) segítségével a gravitációs teleszkóp félórás adattöredékei 2901 SFT fájlból álló halmazra vannak osztva (a felhasználó gépén feldolgozott minden fájl lefedi a 0,8 Hz-es spektrumfrekvenciát: 0,5 Hz hasznos adat plusz oldalcsonk) , amelyek együtt lefedik az 50 és 1500,5 Hz közötti frekvenciatartományt. A műszer által keltett interferenciát amennyire csak lehetséges, el kell távolítani (a Gauss-féle fehér zaj helyett) az egyes detektorokra jellemző spektrum eleve ismert vonalai mentén . Az elemzés eredményeként a Fisher-kritériumot használó számítások során azonosított lehetséges pályázókról szóló információk a projektszerverhez kerülnek (a műszer zaja a normál Gauss-eloszlásnak engedelmeskedik , a számított Fisher-kritérium négy szabadságfokú eloszlású , ill. paramétere Nem központosított khi-négyzet eloszlás arányos a gravitációs hullám amplitúdójának négyzetével). A kiválasztott jelöltek megfelelnek az egyenlőtlenségnek ( a Hough-transzformáció használatakor a jelöltekre vonatkozó követelmények [15] -re enyhíthetők ). A leírt eljárást két különböző tízórás adatblokkra hajtjuk végre, majd az eredményeket összehasonlítjuk, és néhányat kiszűrünk, frekvenciában több mint 1 MHz-el, az égi szférán elhelyezkedő pozícióban pedig 0,02 rad-al. Az eredmények ezután elküldésre kerülnek a projektszerverre utófeldolgozásra, ami abból áll, hogy ellenőrizzük, hogy az adatkészletek többségénél megfelelő eredményeket kell-e kapni (ebben az esetben előfordulhat, hogy a jelenléte miatt hamis pulzárjelöltek észlelhetők. zaj). Az eredmények utófeldolgozása a hannoveri Albert Einstein Intézetben található Atlas számítási klaszteren [16] történik, amely 6720 darab Xeon QC 32xx 2,4 GHz-es processzormagot tartalmaz (csúcsteljesítmény - 52 teraflop, valós - 32,8 teraflop) [15] .
Hasonló módon nemcsak a gravitációs detektorok adatai elemezhetők, hanem a rádió- , röntgen- és gamma - tartományban végzett megfigyelések is a megfelelő típusú pulzárok detektálásával [17] .
2011. augusztus 17- én elindult az Albert@Home [18] projekt , melynek célja az Einstein@home projekt számítási alkalmazások új verzióinak tesztelése. 2011. december 23- án jelentek meg a projektben az első számítási feladatok.
Az első számításokat 2005. február 22. és 2005. augusztus 2. között végezték el a projekt keretében a LIGO gravitációs teleszkóp [14] "harmadik tudományos kilövéséből" (S3) származó adatok elemzése során . A hanfordi 4 km-es LIGO detektor 60 rögzített adatszegmensét dolgozták fel , mindegyik 10 órán keresztül. Minden 10 órás szakaszt önkéntes számítógépek segítségével elemeztek gravitációs hullámjelek jelenlétére, illesztett szűrő algoritmusok segítségével . Ezután a különböző szegmensek eredményeit a projektszervereken végzett utófeldolgozás során egyesítették a keresés érzékenységének növelése érdekében, és közzétették [19] .
Az S4 készlet (a LIGO "negyedik tudományos futtatása") adatfeldolgozása 2005. június 28-án kezdődött ( az előző S3 készlet adatainak feldolgozása során), és 2006 júliusában fejeződött be . Ez a kísérlet a hanfordi 4 km-es LIGO detektor 10 30 órás adatszegmensét és a louisianai Livingston állam 4 km-es LIGO detektorának 7 30 órás szegmensét használta fel . Amellett, hogy a detektorokból gyűjtött adatok pontosabbak voltak, pontosabb sémát alkalmaztak a számítások eredményeinek az utófeldolgozás során történő kombinálására. Az eredményeket a Physical Review folyóiratban publikálták [20] .
A feldolgozási algoritmusok tesztelése érdekében lehetőség van a kísérleti adatokhoz hardveres ( Hardware-injected Signals ) és szoftveres ( Software Injections ) perturbációkkal kiegészíteni , imitálva a gravitációs hullámok jelenlétét a jelben . Hardveres forrás esetén a detektortükrök fizikai eltolását hajtják végre, szimulálva a gravitációs hullám áthaladását; programok a rögzített adatok programozott módosításán alapulnak. Az S4 kísérlet főbb adatainak felvétele után 10 hipotetikusan izolált pulzár perturbációit adtuk a jelhez. Ebből csak 4-et észleltek a feldolgozás során (4 jele túl gyengének bizonyult a zaj hátterében, 2 másikat hibásan azonosítottak).
A projekt fokozott figyelmet keltett az önkéntes elosztott számítástechnikában résztvevők körében 2006 márciusában az S4 adatkészlet elemzésére szolgáló számítási modul optimalizált verziójának kiadása kapcsán, amelyet a projekt résztvevője, Fekete Ákos magyar programozó fejlesztett ki ( angolul Fekete Ákos ) . 21] . Fekete SSE vektorkiterjesztésekkel javította az alkalmazás hivatalos verzióját, a 3DNow ! és SSE3 processzoros utasításrendszerek , amelyek a projektteljesítmény akár 800%-os növekedését is eredményezték [22] . Később meghívást kapott, hogy vegyen részt az új S5 alkalmazás fejlesztésében [23] . 2006 júliusában az új optimalizált alkalmazás széles körben elterjedt a projekt résztvevői között, ami körülbelül megkétszerezte a projekt integrált termelékenységét az S4-hez képest [24] .
2006. június 15- én megkezdődött a LIGO gravitációs teleszkóp „ötödik tudományos indítása” (S5R1) adatainak korai részének elemzése, amely során először sikerült elérni az interferométer tervezési érzékenységét . Ebben a kísérletben a hanfordi 4 km-es LIGO detektor 22, egyenként 30 órás szegmensét és a Livingstonban található 4 km-es LIGO detektor 6 30 órás szegmensét elemezték az előző kísérlethez hasonló módon. A kapott, a Physical Review-ban is publikált eredmények pontosabbak (körülbelül 3-szor) az S4-hez (a publikálás idején ismert legpontosabb) képest nagyobb mennyiségű kísérleti adat felhasználása miatt [25] .
Az S5 kísérlet adatainak második része[ mikor? ] (S5R3) szintén kis mértékben növeli az érzékenységet [26] . A kísérlet adatfeldolgozása 2008. szeptember 25-én fejeződött be . A korábbi kísérletekkel ellentétben ez 84, egyenként 25 órás adatszegmens párosított szűrését alkalmazza a hanfordi és a livingstoni LIGO gravitációs teleszkópból, közvetlenül a résztvevők számítógépén kombinálva a Hough-transzformáció segítségével .
2009. január 13- tól 2009. október 30- ig az S5R5 kísérlet adatait (1000 Hz-ig terjedő frekvenciatartomány) dolgozták fel. Statisztikailag szignifikáns gravitációs hullámjeleket nem észleltünk, a detektorok által érzékelhető gravitációs hullám maximális amplitúdójának korlátja körülbelül háromszorosára nő (152,5 Hz-es frekvencián ez 7,6⋅10 -25 m), a maximális érzékelési tartomány A gravitációs hullámokat kibocsátó neutronok tömegét a csillagok 4 kiloparszekre (13 000 fényévre) becsülik egy ellipticitású csillag esetében [15] .
2009 októberében elkezdődött a kísérlet folytatása (S5R6), melyben a frekvenciatartományt 1250 Hz-re bővítették.
2010. május 7- én egy továbbfejlesztett módszertannal (globális korrelációk keresése a paramétertérben a különböző szegmensek eredményeinek hatékonyabb kombinálása érdekében) elindult a keresés új szakasza (S5GC1), melynek során 205 25 adatszegmens. óránként mindkét gravitációs távcsőből kell elemezni a LIGO-t Hanfordban és Livingstonban [3] [17] . 2010. november 26- án bejelentették az elemzett frekvenciatartomány 1200-ról 1500 Hz-re történő kiterjesztését (S5GC1HF) [27] .
2011 májusában megkezdődött egy új adat (S6Bucket) elemzése. 2012. március 5- én bejelentették egy új számítási modul bevezetését és a megfelelő kísérlet (S6LV1, "LineVeto") [28] elindítását . 2013. január 14- én elindult az S6BucketLVE kísérlet. 2013. július 17- én indult el az S6CasA kísérlet [29] , melynek célja gravitációs hullámok "irányított" keresése a Cassiopeia A szupernóvának megfelelő irányból .
2009. március 24- én bejelentették, hogy a projekt megkezdi a PALFA konzorcium adatainak elemzését a Puerto Ricó-i Arecibo Obszervatóriumból (ABPS, ABP1, ABP2). A feldolgozás alatt álló adatokat WAPP spektrométerrel nyertük (a vételi sáv szélessége 100 MHz, 256 csatorna).
A 2005–2007-ben gyűjtött adatok elemzése során két eddig ismeretlen rádiópulzárt fedeztek fel.
2009. november 26- án bejelentették a CUDA technológiát támogató alkalmazást (BRP3), amely a Parkes Multibeam Pulsar Survey (PMPS [ 30 ] ) rádióteleszkóptól kapott adatok új részének feldolgozása során kettős rádiópulzárok keresését teszi lehetővé. A számítások során mind a CPU - t (amely a számítások nagy részét végzi), mind az NVIDIA GPU -t ( Fourier-transzformáció ) használja, ami körülbelül 20-szorosára csökkenti a teljes számítási időt [31] . Az elemzés során 23 új radi-pulzárt [6] fedeztek fel , és több mint 100 ismertet fedeztek fel újra, köztük 8 milliszekundumos pulzárt [32] .
2011. június 1-jén bejelentették egy új számítási modul (FGRP1) elindítását a gammasugárzás tartományban működő GLAST teleszkóp adatainak elemzésére [33] . 2012 végén jelentek meg az első számítási feladatok az FGRP2 kísérlethez, melynek elemzése során 2013-ban 4 gamma-pulzárt fedeztek fel [8] . 2014 januárjában az FGRP3 kísérlet részeként egy számítási modult implementáltak a gamma-pulzárok GPU segítségével történő keresésére. 2015-ben 1 gamma-pulzárt fedeztek fel [34] .
2011. július 21- én új kísérletet (BRP4) indítottak az Arecibói Obszervatóriumból származó friss adatcsomag feldolgozására. Az adatokat egy új szélessávú Jeff Mock spektrométerrel (fogott sávszélesség - 300 MHz, 1024 csatorna) segítségével nyertük, amelyet alkotójáról neveztek el [35] . A feladatok feldolgozásakor lehetőség van CUDA és OpenCL technológiák használatára. Jelenleg a kísérleti adatok feldolgozása során 24 és több tucat már ismert rádiópulzárt sikerült felfedezni és újra felfedezni [7] . 2013-ban indult a BRP5 kísérlet, melynek célja a Perseus kar részletes vizsgálata rádiópulzárok felkutatása érdekében. 2015 februárjában indult a BRP6 (PMPS XT) kísérlet, melynek célja a rádiópulzárok keresési körének kiterjesztése a magasabb forgási frekvenciák irányába.
15 rádiópulzárt fedeztek fel _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ).
30 rádiópulzárt fedeztek fel _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ J1900+0439 , PSR J1953+24 , PSR J1305-66 , PSR J1637-46 J1652-48 , PSR J1838-01 , PSR J0811-38 , PSR J1750-25 , PSR J1750-25 , J1750-25 , PSR J17-18 , -35 44 , PSR J1644-46 , PSR J1908+0831 , PSR J1903+06 , PSR J1912+09 ).
1 rádiópulzárt ( PSR J1859+03 ) és 4 gamma- pulzárt (PSR J0554+3107 , PSR J1422-6138 , PSR J1522-5735 , PSR J1932+1916 ) fedeztek fel.
1 rádiópulzárt fedeztek fel ( PSR J1910+07 ).
5 rádiópulzárt ( PSR J1948+28 , PSR J1953+28 , PSR J1955+29 , PSR J1853+00 , PSR J1853+0029 ) és 1 gamma-pulzárt ( PSR J1906+0722 ) fedeztek fel.
13 gamma - sugár pulzárt fedeztek fel _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ , PSR J1650-4601 , PSR J1827-1446 , PSR J1844-0346 , PSR J2017+3625 )
A projekt megvitatása a fórumokon:
Önkéntes számítástechnikai projektek | |
---|---|
Csillagászat |
|
Biológia és orvostudomány |
|
kognitív |
|
Éghajlat |
|
Matematika |
|
Fizikai és műszaki |
|
Többcélú |
|
Egyéb |
|
segédprogramok |
|
Gravitációs hullám csillagászat : detektorok és teleszkópok | ||
---|---|---|
Föld alatti interferometrikus (működő) |
| |
Föld interferometrikus (működő) | ||
Mások földelése (működő) | ||
Föld (tervezett) | ||
Tér (tervezett) | LISA | |
történelmi |
| |
Adatelemzés | einstein@home | |
Jelek ( lista ) |