Einstein@Home 利用捐贈的 PC 圖形處理器發現第二顆脈衝星

研究人員發現,使用大規模分散式計算網路搜尋脈衝星的無線電波取得了成功。在未來十年,他們希望找到引力波的證據


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一個名為 Einstein@Home 專案 的大規模分散式計算網路在過去六個月中取得了第二個重大的天文發現——一顆直徑 15 公里,距離地球超過 30,000 光年的脈衝星。對於一個依靠全球計算機捐贈的算力執行的網路來說,這算是不錯的成績。這一發現代表了 Einstein@Home 的建立者期望在未來幾年內實現的眾多發現之一。

Einstein@Home 是一個專案,它允許計算機使用者(無論是個人還是組織)貢獻他們 PC 的未使用算力,以幫助科學家搜尋脈衝星,脈衝星是自旋的 中子星 (又名坍縮的超高密度恆星),它們發射無線電波、X 射線或伽馬射線脈衝。僅在上週,大約 10 萬臺 PC 聯絡了位於德國漢諾威的 馬克斯·普朗克引力物理研究所、威斯康星大學密爾沃基分校和其他地方的 Einstein@Home 伺服器,每次下載幾兆位元組的資料進行分析或上傳分析後的資料。

該專案於 2005 年 2 月啟動,旨在搜尋雷射干涉引力波天文臺 (LIGO) 探測器儀器在路易斯安那州利文斯頓和華盛頓州里奇蘭附近的漢福德核保護區收集的資料中的引力波(也由脈衝星發射)。引力波從未被直接探測到,但阿爾伯特·愛因斯坦在 1916 年根據他的廣義相對論預測了引力波的存在,儘管他認為引力波太弱而無法被觀測到,Einstein@Home 主任 布魯斯·艾倫 說,他是馬克斯·普朗克研究所和威斯康星大學密爾沃基分校的物理學家。

艾倫說:“脈衝星是舊恆星的核心,它們被引力擠壓。” “它們被擠壓成一個球,基本上——如果你能把這個球再擠小三分之二,它就會坍縮成黑洞。這是物質在坍縮成黑洞之前的最後階段。” 這樣的天體使研究人員能夠研究物質在極高壓力和密度下的行為。

艾倫說,透過利用註冊該專案的計算機,研究人員可以獲得比他們自己的計算機或國家科學基金會能夠負擔得起的任何其他計算機系統更多的處理能力。對於引力波資料,“這是一種情況,你的搜尋靈敏度取決於你擁有的計算能力”,他補充道。“更多的計算能力讓我們能夠在 LIGO 資料中進行更深入的搜尋。”

考慮到發現引力波的不確定性,艾倫和他的團隊在 2009 年擴充套件了 Einstein@Home 計劃,透過分析來自波多黎各 阿雷西博天文臺 的無線電波資料來搜尋雙星脈衝星。透過這項工作,Einstein@Home 研究人員發現了兩顆脈衝星:第一顆是在八月份發現的,是一顆被破壞的雙星脈衝星,距離地球 17,000 光年,每秒旋轉 40 多次,已經脫離了它的雙星伴星。艾倫說,最近發現的脈衝星 PSR J1952+2630 在某些方面與早期的脈衝星驚人地相似。“第二顆脈衝星位於天空大致相同的區域,並且以大致相同的速度旋轉,”他說。然而,新的脈衝星比第一顆更不尋常,因為它仍然是雙星系統的一部分,但它的伴星是一顆白矮星,其質量比通常情況更大。艾倫和他的同事於週一在 arXiv.org 上發表了他們的發現。

雖然阿雷西博資料為 Einstein@Home 研究人員和志願者提供了一個更容易實現的目標,但艾倫希望 LIGO 儀器的升級與更快的 PC 處理能力相結合,將使該專案能夠在未來十年內探測到引力波。這些志願者 PC 中幾乎一半已經擁有超快的圖形處理單元 (GPU) 以及中央處理單元 (CPU)。GPU 最初是為渲染高度精細的影片遊戲圖形而設計的,現在可以被程式設計為以比 CPU 快 10 到 20 倍的速度處理資訊。“這就像我們在網路上又擁有大約 50 萬臺功能正常的機器,”艾倫說。

透過與領先的 GPU 製造商 NVIDIA 公司 合作,艾倫和他的團隊改進了 Einstein@Home 軟體,使其能夠更有效地使用 GPU。艾倫說:“使用 LIGO 資料探測來自新中子星的引力波將是靈敏度不斷提高的 LIGO 儀器和 GPU 使用增加的結合。”

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