Einstein@Home

Einstein@Home — это проект распределённых вычислений, использующий добровольные вычислительные ресурсы персональных компьютеров для поиска гравитационных волн и новых астрофизических объектов, таких как пульсары и нейтронные звёзды. Проект был запущен в 2005 году и первоначально основывался на платформе BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing).

История и цели

Проект Einstein@Home был создан по инициативе американского физика Брюса Аллена и стал частью более широкой программы LIGO (Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) и других гравитационно-волновых детекторов. Основная цель проекта — анализ данных, полученных с детекторов гравитационных волн (LIGO, Virgo, GEO600), а также с радиотелескопов, в частности Паркской обсерватории в Австралии и радиотелескопа Грин-Бэнк в США.

На начальных этапах проект был ориентирован на поиск непрерывных гравитационных волн, исходящих от быстро вращающихся нейтронных звёзд. Позднее, с 2009 года, его задачи расширились на поиск радиопульсаров, а затем и на поиск гравитационных волн от слияний компактных объектов (нейтронных звёзд и чёрных дыр).

Архитектура проекта

Einstein@Home работает в рамках платформы BOINC, которая позволяет разбивать массивные объёмы данных на небольшие фрагменты («пакеты»). Каждый доброволец загружает эти пакеты через интернет, обрабатывает их на своём компьютере и отправляет результаты обратно на сервер. Для ускорения вычислений используется видеокарта (GPU), а также центральный процессор (CPU). Проект поддерживает операционные системы Windows, macOS и Linux.

Система хранения данных

Данные для анализа поступают с детекторов LIGO и Virgo, а также с радиотелескопов. Общий объём обработанных данных превышает десятки петабайт. Система хранения основана на серверах в Университете Висконсин-Милуоки (США) и Массачусетском технологическом институте (США).

Научные результаты

За годы работы проект достиг ряда значимых научных результатов.

Открытие новых пульсаров

Самым известным результатом Einstein@Home стало открытие десятков новых пульсаров, в том числе миллисекундных пульсаров в шаровых скоплениях и изолированных пульсаров, которые ранее не были обнаружены при прямом наблюдении. Первое открытие было объявлено в 2009 году — пульсар PSR J1744-3922, затем последовали другие.

Поиск гравитационных волн

Хотя первое прямое обнаружение гравитационных волн (GW150914 в 2015 году) было сделано детекторами LIGO, Einstein@Home продолжает анализировать данные на предмет непрерывных гравитационных волн, которые могли бы исходить от быстро вращающихся нейтронных звёзд. По состоянию на 2024 год ни одна такая непрерывная волна не была надёжно зарегистрирована, но проект установил жёсткие ограничения на возможные параметры таких сигналов.

Поиск быстрых радиовсплесков (FRB)

В середине 2010-х годов проект расширил свою деятельность на поиск быстрых радиовсплесков (FRB) — коротких интенсивных радиосигналов неизвестной природы. Однако эта задача была прекращена в 2020 году в связи с изменением приоритетов.

Технические особенности

• Платформа: BOINC
• Размер пакета: варьируется от нескольких минут до нескольких часов на типичном современном компьютере.
• Потребление энергии: обработка одного пакета требует в среднем 40–200 Вт·ч электроэнергии.
• Защита от ошибок: каждый пакет отправляется как минимум двум разным добровольцам для проверки корректности. Если результаты расходятся, пакет отправляется третьему участнику.

Конкуренция и сообщество

Einstein@Home — не единственный проект распределённых вычислений на платформе BOINC. Крупные аналоги включают Seti@Home (поиск внеземных цивилизаций, завершён в 2020 году) и Rosetta@Home (сворачивание белков). По состоянию на конец 2024 года в проекте участвует около 40 тысяч активных пользователей, обеспечивающих суммарную вычислительную мощность порядка 10 петафлопсов.

Критика

Основная критика в адрес Einstein@Home и других проектов распределённых вычислений связана с затратами электроэнергии. При массовом участии (миллионы компьютеров) суммарное энергопотребление может быть сопоставимо с энергопотреблением небольшой электростанции. Однако организаторы проекта указывают, что многие добровольцы используют компьютеры, которые и так работают круглосуточно, либо выделяют лишь часть вычислительной мощности.

Перспективы

Планируется интеграция Einstein@Home с данными следующего поколения детекторов гравитационных волн (например, Cosmic Explorer в США и Einstein Telescope в Европе), а также с данными радиотелескопа SKA (Square Kilometre Array). Ожидается, что объём данных возрастёт в десятки раз, что сделает распределённые вычисления ещё более востребованными.

Источники

• Allen, B., et al. (2005). «Einstein@Home: A Distributed Computing Project for Gravitational Wave Data Analysis». Classical and Quantum Gravity.
• Описание проекта на официальном сайте: einsteinathome.org
• Документация платформы BOINC: boinc.berkeley.edu
• Отчёты коллабораций LIGO и Virgo (2015–2024)