Распределённые вычисления помогли найти редкий пульсар

Пульсар (его положение на небесном своде отмечено красной окружностью) находится на расстоянии 17 тысяч световых лет от нас в направлении созвездия Лисички (Vulpecula). Кстати, первые данные об этом объекте поступили в обсерваторию ещё в феврале 2007 года. Только обрабатывать их тогда было некому (иллюстрация AEI Hannover, Celestia).

Впервые распределённой сети персональных компьютеров, подключающихся к решению сторонней задачи во время простоя, удалось открыть ранее не известный космический объект. Дальнейшим изучением находки занялись астрономы. Так выяснилось, что пользователям-энтузиастам повезло вдвойне: обнаруженный пульсар оказался редчайшего типа.

Своеобразным первопроходцем в своей области стал проект Einstein@Home, собравший под свои знамёна 262 тысячи добровольцев из 192 стран мира. Всем им было предложено во благо науки установить на своих компьютерах программное обеспечение, которое во время простоя компьютера (работы заставки) занималось обработкой научных данных.

Примером самой известной подобной сети распределённых вычислений является, пожалуй, SETI@Home (мы об этом проекте рассказывали). Он занимается поиском свидетельств внеземной жизни с 1999 года.

Поток информации, получаемый некоторыми телескопами, действительно гигантский, а потому подобная помощь учёным со стороны не вовлечённых в науку пользователей Интернета – хорошее подспорье в работе. На снимке обсерватория Аресибо (Arecibo Observatory) в Пуэрто-Рико, откуда пришли данные о новом пульсаре (фото Cornell University).

Проект Einstein@Home был создан в 2005 году. Его целью было выявление гравитационных волн в данных обсерватории лазерного интерферометра гравитационных волн (LIGO).

Однако за четыре года существования Einstein@Home ничего обнаружить так и не удалось. И потому руководство проекта решило перенаправить 35% ресурсов на поиск пульсаров в данных, получаемых обсерваторией Аресибо, – она показана на снимке выше. Мол, надо порадовать участников хоть каким-то настоящим открытием: поиск гравитационных волн – долгосрочный проект, шанс же найти пульсар гораздо выше.

Программное обеспечение SETI@home и Einstein@Home работают по схожему принципу: в массиве данных выискиваются некие образцы, указывающие на наличие на фоне шума некоего объекта. На фото счастливчики из Айовы (фото Chris Colvin).

Как видим, учёные не ошиблись. В марте 2009-го новая информация поступила в обработку Einstein@Home, и уже в июне того же года персональный компьютер Криса и Хелены Колвин (Chris, Helen Colvin), супружеской пары из Айовы, сигнализировал о «захвате цели».

Через три дня к похожему выводу пришли машины системного администратора Дэниела Гебхардта (Daniel Gebhardt), который установил соответствующую программу на компьютерах своего факультета в университете Иоганна Гуттенберга в Майнце (Johannes Gutenberg Universität Mainz).

Все трое узнали о первом в своём роде открытии из уст профессора Брюса Аллена (Bruce Allen), директора проекта Einstein@Home.

«Это момент истины для всех добровольцев. Нынешнее открытие доказывает, что участие общества приводит к открытию новых объектов во Вселенной», – говорит Аллен (слева). На фото он вместе с аспирантом Бенджамином Книспелом (Benjamin Knispel) показывает графики, описывающие поведение пульсара (фото Thomas Damm/AEI Hannover).

Как уже было сказано, дальнейшим изучением находки занялись профессионалы – учёные из университетов Канады, США, Австралии, Великобритании, Нидерландов и Германии. В частности, существование нового пульсара было подтверждено дополнительными наблюдениями, проведёнными на радиотелескопе Грин-Бэнк (Robert C. Byrd Green Bank Telescope).

На днях учёные опубликовали статью в журнале Science (здесь можно посмотреть её препринт), в ней они детально описали новый объект, получивший название PSR J2007+2722.

Умирающая звезда, обращаясь вокруг своей оси, выбрасывает электроны и протоны. У магнитных полюсов образующаяся плазма улетает в окружающее пространство безвозвратно (здесь серые конусы). В тех случаях, когда ось вращения звезды (здесь вертикальная) не совпадает с осью магнитного диполя, возникает эффект пульсирования: на Землю сигнал доходит как свет от дальнего маяка или вращающегося фонарика – периодическими вспышками (иллюстрация с сайта innumerableworlds.wordpress.com).

Быстро выяснилось, что пульсар этот относится к редкому типу: он испускает 41 радиоимпульс в секунду, а это быстрее, чем у 90% других таких же объектов.

Такая высокая скорость вращения может свидетельствовать о том, что нейтронная звезда в своё время перетянула на себя часть вещества звезды-компаньона, использовала его как вторсырьё. По мере добавления чужого материала вращение звезды ускорялось, достигнув нынешнего значения.

Профессор Ксавье Сименс (Xavier Siemens), слева, и сисадмин Дэвид Хаммер (David Hammer) демонстрируют компьютеры Einstein@Home, рассылающие и получающие данные от простых граждан (фото Alan Magayne-Roshak/UW-Milwaukee).

Наблюдения показали также, что вращение, как и положено, замедляется. Однако происходит это с небольшой скоростью, что в свою очередь говорит о слабом магнитном поле нейтронной звезды. (Сильное поле ускорило бы торможение, так как выброс большего количества вещества отнимает и больше энергии.) А ослабление поля – процесс, сопутствующий поеданию вещества компаньона.

Но в радиосигнале, приходящем от PSR J2007+2722, не наблюдается регулярного сдвига излучения. Это означает, что нейтронная звезда не кружит вокруг другого светила. Вероятно, ускоривший когда-то вращение пульсара компаньон погиб, обернувшись сверхновой. При этом взрыве пара разделилась.

Кроме PSR J2007+2722 проект Einstein@Home (на картинке показана его «заставка») детектировал 120 других пульсаров, однако все они оказались уже известными. Полный список повторных найдёнышей здесь. Некоторые учёные считают, что Einstein@Home, если сравнивать с другими подобными проектами, пока работает по большей части вхолостую (иллюстрация AEI Hannover).

Впрочем, остаётся вероятность, что перед нами всё же молодой пульсар, обладающий от рождения необычайно низким магнитным полем. Но если относить PSR J2007+2722 к «вторичным» изолированным пульсарам, то из тех немногих, что известны науке, нынешний является самым быстрым (обогнал прошлого рекордсмена на целых 15%).

Для того чтобы слушать Вселенную, иногда недостаточно одного продвинутого «большого уха», хорошие вычислительные мощности тоже не помешают (иллюстрация с сайта multologiya.ru).

«Уже сейчас можно утверждать: вне зависимости от того, что ещё нового мы узнаем об этом объекте, он поможет понять природу образования и физику нейтронных звёзд», — говорит в пресс-релизе Национального научного фонда США профессор Джеймс Кордс (James Cordes) из университета Корнелла.

Однако вряд ли астрономы найдут в PSR J2007+2722 что-то революционно новое, считает Стивен Торсетт (Stephen Thorsett) из университета Калифорнии (UC Santa Cruz). Другое дело, что для науки много значит уже тот факт, что его нашли при помощи сети распределённых вычислений, — добавляет учёный.

Иной раз временно бездействующими оказываются не только персональные, но даже суперкомпьютеры. Так, недавно благодаря мощным аппаратам компании Google было вычислено «число Бога» – количество ходов, всегда достаточное для приведения кубика Рубика из любого положения к собранному состоянию (фото с сайта geek.com).

Между тем подобные проекты уже не первый год работают не только на благо астрономии. Распределённые вычисления используются и в других областях науки: в медицине и биологии, математике и криптографии, физике.

Нынешнее событие наверняка привлечёт к вычислениям @home новых пользователей. По крайней мере, учёные в этом не сомневаются. Даже краткое изложение содержания статьи в Science они закончили словами «огромные вычислительные мощности, предоставленные добровольцами, позволят сделать множество подобных открытий».



Модулю МКС напророчили визит к астероиду

11 августа 2010

Галактики антенн отсняты в высочайшем разрешении

10 августа 2010

Предложено убирать космический мусор шарами-гигантами

9 августа 2010

Открыта связь аврор и радиоизлучения Сатурна

6 августа 2010

Реальную cверхновую впервые препарировали в 3D

5 августа 2010