Einstein@home

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Einstein@Home
Einstein-at-home.gif
Bereich: Astronomie
Ziel: Nachweis von Gravitationswellen,
Suche nach binären Radiopulsaren
Betreiber: LIGO Scientific Collaboration (LSC)
Land: International
Plattform: BOINC
Website: einstein.phys.uwm.edu
Projektstatus
Status: aktiv
Beginn: 19. Februar 2005
Ende: noch aktiv

Einstein@Home (E@H) ist ein Projekt für verteiltes Rechnen (distributed computing) der LIGO Scientific Collaboration (LSC). Es sucht in den vom Laser Interferometer Gravitational wave Observatory in den Vereinigten Staaten und dem deutschen GEO600 gesammelten Daten nach Hinweisen auf Gravitationswellen von extrem dichten, schnell rotierenden kompakten Sternen. Dazu gehören Pulsare. Laut der Allgemeinen Relativitätstheorie deformieren solche Sterne die Raumzeit um sie herum, wobei messbare Gravitationswellen entstehen sollten. Seit Ende März 2009 wird zusätzlich noch nach binären Radiopulsaren in den Daten des Areciboteleskops gesucht.[1]

Projektidee[Bearbeiten]

Die Messung der Gravitationswellen soll durch große Detektoren auf Basis von Michelson-Interferometern geschehen. Die Detektoren sollen zukünftig genau genug sein, um Längenänderungen in der Größenordnung eines Bruchteils vom Durchmessers eines Protons festzustellen. Dabei fallen große Datenmengen an, die selbst auf heutigen Supercomputern auf Cluster-Basis lange Zeit zur vollständigen Analyse benötigen. Um die Analysen dennoch bewältigen zu können, kam man auf den Ansatz des verteilten Rechnens.

Das Projekt wurde im Rahmen des Jahres der Physik 2005 am 19. Februar 2005 offiziell gestartet. Zum Management der Arbeitspakete wird das BOINC-Framework verwendet. Maßgeblich am Projekt beteiligt ist auf deutscher Seite das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Potsdam. Dort wird ein großer Teil der wissenschaftlichen Software entwickelt. Das AEI ist im März 2008 mit seinen Clustern Merlin (180 Dual-Athlon XP-Maschinen) und Morgane (615 AMD Opteron-Knoten) der zweitgrößte Einzelteilnehmer des Projekts. In ähnlicher Größenordnung stellt auch die D-Grid-Initiative dem Projekt Rechenzeit zur Verfügung. Auch die anderen in der LSC organisierten Forschungseinrichtungen stellen dem Projekt Rechnerpools und Cluster zur Verfügung. Der größte Teil der Arbeit wird jedoch von den Computern von mittlerweile mehr als 528.000 Freiwilligen geleistet, wovon jedoch nur rund 57.000 Teilnehmer regelmäßig aktiv sind. Im September 2010 standen dem Projekt damit durch rund 118.000 Host-Computern über 300 Teraflops an Rechenleistung zur Verfügung, was zu diesem Zeitpunkt dem Platz 14 in der Liste der weltweit schnellsten Supercomputer[2] entsprach. Fernziel ist die Gewinnung von 400.000 regelmäßig aktiven Teilnehmern, um die von den Detektoren gewonnenen Daten in annähernd Echtzeit analysieren zu können.

Projektverlauf[Bearbeiten]

Einstein@Home begann seine Analysen mit 600 Stunden Datenmaterial aus dem LIGO-Durchlauf S3, dessen Genauigkeit jedoch noch um einiges von der angestrebten Präzision des LIGO-Detektors entfernt war. Die Daten waren bereits vorher auf Clustern untersucht worden, wobei keine Auffälligkeiten entdeckt worden waren. Der erste E@H-Durchlauf mit S3-Daten diente daher vor allem dem Test der wissenschaftlichen Anwendung und einer besseren Kalibrierung. Dabei wurden zahlreiche Störsignale entdeckt und entfernt. Diese Störsignale kommen durch die Empfindlichkeit der Detektoren zustande. Vor allem durch seismische Störungen, aber auch durch Signale aus dem Stromnetz oder die Meeresbrandung schlagen sie permanent aus. Von diesen Störungen ist jeder Detektor individuell betroffen. Eine Gravitationswelle würde sich dadurch verraten, dass alle Detektoren weltweit gleichzeitig ausschlagen. Nach der "Säuberung" der S3-Daten wurde diese neue Version nochmals analysiert. Zusätzlich wurden einige falsche Signale eingestreut, um Aussagen über die Entdeckungswahrscheinlichkeit von relevanten Signalen zwischen den Störungen machen zu können. Von Ende Juni 2005 bis Mitte 2006 lief die Analyse des Anfang 2005 durchgeführten LIGO-Durchlaufs S4, der einen Genauigkeitsfaktor von 2 erreichen sollte. S5 sollte der erste Durchlauf werden, der die angepeilte Genauigkeit erreicht. Im Rahmen von S5 wurden die LIGO-Detektoren kontinuierlich ein Jahr lang betrieben[3]. Die Analyse der S5-Daten begann im Juni 2006. Der erste Suchlauf S5R1 in diesem Datensatz wurde im Februar 2007 abgeschlossen. Es folgte ein kurzer Suchlauf S5RI in einem begrenzten Frequenzbereich mit einem modifizierten Parametersatz, der bis Mitte April 2007 andauerte. Währenddessen sammelten die Detektoren weiter Daten im Rahmen von S5. Der Berechnungsaufwand steigt dabei exponentiell. Um die Berechnungen bewältigen zu können, wurde im Suchlauf S5R2 eine neue Anwendung getestet, die eine hierarchische Suche implementiert. Dabei wird zunächst nur in einem groben Raster gesucht, und sich später auf die vielversprechenden Stellen konzentriert. Ab 23. September 2007 begann der Suchlauf S5R3 mit einer zweiten Version des Algorithmus zur hierarchischen Suche, die die Empfindlichkeit etwa um den Faktor 6 verbessert[4]. Der Lauf S5R3b ist eine nahtlose Fortsetzung des S5R3 im Frequenzband oberhalb von 800 Hz. Seit August 2008 fand der Suchlauf S5R4a statt. Wurden bereits im Dezember 2008 Testläufe für die Suche nach binären Radiopulsaren durchgeführt, werden seit Ende März 2009 Workunits für die Arecibo Binary Pulsar Search genannte Applikation an alle Teilnehmer des Einstein@Home-Projekts verteilt, sofern die Teilnehmer diese in den teilnehmerspezifischen Einstellungen nicht deaktivieren. Nach einigen Wochen von Tests wurden am 26. November 2009 die GPU-Anwendungen zur Arecibo Binary Pulsar Search für Windows und Linux freigegeben. Während der Großteil der Berechnungen weiterhin auf der CPU stattfinden, werden die schnellen Fourier-Transformationen nun auf der GPU berechnet, was zumindest für diesen Teil der Aufgabe zu einer erheblichen Verkürzung der Rechenzeit führt.

Im Juni 2010 gelang dem Projekt der Fund des bisher unbekannten Pulsars PSR J2007+2722 im Sternbild Fuchs.[5] Im März 2011 konnte ein zweiter Erfolg verzeichnet werden mit der Entdeckung des Pulsars PSR J1952+2630 in den Daten aus dem Jahre 2005 des Arecibo-Observatoriums.[6] Bis August 2012 wurden durch das Projekt 46 neue Pulsare entdeckt.[7][8][9]

Das Projekt hat von der Rechenleistung her im Januar 2013 die 1 Petaflop-Grenze überschritten und befindet sich von der Rechenleistung des Grids her gesehen auf Augenhöhe mit den 23 leistungsfähigsten Großrechnern der Welt.[10]

Projekte[Bearbeiten]

  • Gravitational Wave S6 GC search: Suche nach Gravitationswellen
  • Binary Radio Pulsar Search (Arecibo): Suche nach binären Pulsaren in den Daten des Arecibo-Teleskops
  • Gamma-ray pulsar search #1: Suche nach Gamma-Pulsaren

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Presseinformation: Startschuss für ein neues Einstein@Home-Projekt (PDF; 32 kB)
  2. Top 500 Liste der schnellsten Supercomputer
  3. Sintes, A.: Gravitational wave astronomy: now and future (PDF; 481 kB) S. 6
  4. Forenpost des Projektwissenschaftlers Reinhard Prix zum S5R3
  5. Pulsar Discovery by Global Volunteer Computing Science Mag
  6. Binary Pulsar Discovery by Volunteer Computing Cornell University
  7. Einstein@Home pulsar discoveries in Parkes Multibeam Survey data. Abgerufen am 6. September 2011.
  8. Seven new pulsars discovered by Einstein@Home volunteers! Abgerufen am 27. August 2012.
  9. Einstein@Home new discoveries and detections of known pulsars in the BRP4 search. Abgerufen am 19. Dezember 2011.
  10. Einstein@Home passes 1 Petaflop of computing power! Abgerufen am 13. Januar 2013.