Einstein@Home


Давным-давно Альберт Эйнштейн предположил, что мы скользим по Вселенной, заполненной волнами, идущими из космоса.
Сталкивающиеся чёрные дыры, коллапсирующие звёзды и вращающиеся компактные небесные объёкты, такие как пульсары, создают рябь в ткани пространства-времени, слегка искажающую мир вокруг нас. Почти столетие эти гравитационные волны ускользали от учёных. И вот, новые эксперименты позволят поймать им эти волны и распахнуть новое окно во Вселенную! Но для этого им нужна ваша помощь!

Что такое Einstein@Home?

Что такое GEO 600 и LIGO?

Что такое гравитационная волна?

Чем я могу помочь?

Что я увижу в заставке Einstein@Home?

С какими платформами совместим Einstein@Home?

Что я должен сделать?

Что такое Einstein@Home?


Крабовидная туманность, возбуждаемая пульсаром. Фотография с орбитальной обсерватории Чандра
(Chandra x-ray Observatory).

Einstein@Home - это проект разработанный для поиска сигналов, приходящих к нам от чрезвычайно плотных и быстровращающихся звёзд, среди данных, получаемых с Лазерного Интерферометра Обсерватории Гравитационных волн (Laser Interferometer Gravitational wave Observatory - LIGO) в США и обсерватории для поиска гравитационных волн GEO 600, расположенной в Германии. Как предполагается, их источниками могут быть кварковые и нейтронные звёзды, некоторые подклассы которых уже наблюдаются обычными средствами как пульсары или небесные объекты, излучающие в рентгеновском диапазоне. Учёные надеются, что некоторые из этих компактных звёзд могут быть не идеально сферическими, и, в таком случае, будут излучать гравитационные волны, которые смогли бы обнаружить GEO 600 и LIGO.

Разработкой проекта управляет Брюс Ален из группы Научного Сотрудничества LIGO (LIGO Scientific Collaboration - LSC) Университета Висконсин-Милуоки (UWM).

Einstein@Home, это небольшая часть научной программы LSC. Она представляет собой проект распределённых вычислений - то есть полагается на то, что пользователи компьютеров, подобные вам пожертвуют время работы своих компьютеров на поиски гравитационных волн, излучаемых компактными звёздами.

Что такое GEO 600 и LIGO?

GEO 600 - это обсерватория для наблюдения гравитационных волн, построенная в Ганновере (Германия) при помощи интернационального сотрудничества между учёными из Германии и Великобритании. LIGO состоит из двух установок, находящихся в США и расположенных в Ливингстоне (штат Луизиана) и Ханфорде (штат Вашингтон).



Вид на установку LIGO в Ливингстоне с высоты птичьего полёта, предоставленный лабораторией LIGO в штате Луизиана.

Вид на установку LIGO в Ханфорде с высоты птичьего полёта, предоставленный лабораторией LIGO в штате Вашингтон.

Все три обсерватории измеряют рябь пространства-времени, известную как гравитационные волны. Волны регистрируются благодаря паре перпендикулярных лучей лазера, проходящих через каждую из установок.

Настройка зеркал в Ханфордской лаборатории LIGO.

При их прохождении через лучи, гравитационная волна будет слегка искажать длину пути каждого из них. Наблюдения гравитационных волн учёными LIGO и GEO 600 будет производиться за счёт сравнения изменений в пути этих лучей. Чем длиннее луч, тем больше его чувствительность. Лучи лазера путешествуют вперёд и назад между парой зеркал, раздёлённых расстоянием в 600 метров в GEO и четырьмя километрами в LIGO, что делает эти обсерватории очень чувствительными. Фактически, LIGO может измерить изменение в пути луча лазера равное одной стомиллионной от диаметра атома водорода.

Что такое гравитационная волна?

(Предоставлено лабораторией LIGO).

Гравитационные волны это рябь ткани пространства-времени, создаваемая различными событиями, происходящими как в нашей Галактике, так и по всей Вселенной - столкновениями чёрных дыр, ударными волнами, идущими из ядер взрывающихся сверхновых, вращением пульсаров, нейтронных и кварковых звёзд. Проходя сквозь Землю, эта рябь пространства-времени несёт с собой информацию о своём источнике и бесценные тайны о природе гравитации.

Альберт Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн ещё в общей теории относительности, но только сейчас, в XXI столетии, технологии достигли уровня, позволяющего учёным находить и изучать их. И хотя гравитационные волны не были обнаружены непосредственно, их влияние в двойных пульсарах (двух нейтронных звёздах, вращающихся вокруг друг друга) может быть измерено очень точно, и, как было определено, находится в очень хорошем соответствии с первоначальными предположениями. За исследовательские работы в этой области Джзеф Тэйлор (Joseph Taylor) и Рассел Халс (Russell Hulse) получили Нобелевскую премию по Физике 1993 года.

Чем я могу помочь?

Einstein@Home полагается на частных обладателей компьютеров, таких, как вы, которые могли бы пожертвовать временем своего компьютера для анализа данных с LIGO. Всё, что им нужно сделать - так это установить на своём компьютере небольшую программу - хранитель экрана. Она будет автоматически скачивать крошечные порции из огромного набора данных, полученных на GEO 600 и LIGO. Во время простаивания, ваш компьютер будет обрабатывать эти данные, и отправлять их учёным LIGO. Хранитель экрана будет запускаться только тогда, когда вы не будете использовать свой компьютер, или же вы не запустите его самостоятельно. Работа Einstein@Home не отразится на производительности вашего компьютера.

Нам посчастливилось работать вместе с Дэвидом Андерсеном (David Anderson), первым разработчиком SETI@Home, который помогает нам работать над проектом Einstein@Home. SETI@Home стала революционной программой распределённых вычислений, искавшей сигналы внеземного разума в данных, получаемых из радио-обсерватории в Аресибо. Суммарная вычислительная мощность, пожертвованная SETI@Home, на данный момент, далеко опережает возможности любого суперкомпьютера.

Что я увижу в заставке Einstein@Home?

В хранителе экрана Einstein@Home присутствуют несколько элементов, относящихся к текущим попыткам зарегистрировать гравитационное излучение от периодических источников, подобных пульсарам. Главным элементов заставки является вращающаяся небесная сфера со знакомыми созвездиями и текущей позицией зенита для трёх датчиков гравитационных волн. Наряду с ними указаны позиции известных пульсаров и остатков сверхновых. Позиция соответствующая текущему положению поиска, отображается маркером.

Звёзды и созвездия

На вращающейся сфере отображены главные звёзды созвездий, которые вы поначалу можете и не узнать - по сравнению с их видом на небе, они будут, как бы отражены - ведь в данном случае, вы смотрите на эту сферу снаружи.

Обсерватории гравитационных волн

Каждый уголковый маркер на звёздной сфере соответствует текущему положению зенита одного из инструментов, собирающих данные для Einstein@Home. В виде уголков они показаны потому, что, по сути, эти детекторы являются большими интерферометрами Майкельсона. Ориентация детекторов правильная, но они не масштабируются.

Обсерватория LIGO в Ханфорде (LIGO Hanford Observatory - LHO)
Ханфорд, штат Вашингтон, США (46.45° с.ш., 119.41° з.д.)
Состоит из двух интерферометров - один с плечами длиной 4 км (H1), и другой - с плечами по 2 км (H1).

Обсерватория LIGO в Ливингстоне (LIGO Livingston Observatory - LLO)
Ливингстон, штат Луизиана, США (30.56° с.ш., 90.77° з.д)
Состоит из одного интерферометра с плечом в 4 км длиной (L1).

GEO600
Ганновер, Германия. (52.24° с.ш., 9.81° в.д.)
Состоит из одного интерферометра с 600-метровым плечом.

При правильной установке системного времени, маркеры инструментов на небесной сфере будут отображать их истинное положение. Если понаблюдать за ними в течение 24 часов, то вы сможете заметить, что они передвигаются по ней с периодом в 24 часа.

Пульсары и остатки сверхновых

Фиолетовые точки обозначают известные пульсары, найденные по их электромагнитному излучению. Заметьте, что они скапливаются в плоскости нашей Галактики (галактики Млечный Путь), преимущественно к её центру. Вы также можете заметить два небольших скопления пульсаров в южном полушарии небесной сферы. Эти пульсары находятся в Большом и Малом Магеллановых облаках.

Тёмно-красные точки обозначают известные остатки сверхновых, которые также тяготеют к плоскости и центру Галактики. Остатки сверхновых особенно интересны охотникам за гравитационными волнами, так как некоторые из этих сверхновых могут оставить после себя вращающуюся нейтронную звезду (пульсар), которая может производить периодическое излучение гравитационных волн.

Поисковый маркер

Оранжевый маркер, напоминающий прицел, обозначает текущую позицию на небе, относительно которой и производятся расчёты. Его положение описывается и небесными координатами (прямое восхождение и склонение), указываемыми в левом нижнем углу. Вы можете видеть, как во время поиска этот маркер переходит от одной точки на небесной сфере к другой.

Информация и графика была предоставлена:

Эрик Майерс - Кафедра Физики и Астрономии колледжа Вассар

Дэвид Хаммер - Кафедра Физики Университета Висконсина штата Милуоки Брюс Ален - Кафедра Физики Университета Висконсина штата Милуоки
(Eric Myers Dept. of Physics and Astronomy Vassar College) (David Hammer Dept. of Physics University of Wisconsin at Milwaukee) (Bruce Allen Dept. of Physics University of Wisconsin at Milwaukee)

http://einstein.phys.uwm.edu/starsphere.php

С какими платформами совместим Einstein@Home?

Хранитель экрана разработан под операционные системы Linux, Windows, и Mac.

Что я должен сделать?

  • Присоединиться к проекту Einstein@Home.
  • Рассказать о нём своей семье и друзьям.
  • Создать команду Einstein@Home чтобы вы и ваши друзья могли заработать как можно больший кредит на счёт вашей команды.
  • И не забывайте - Einstein@Home это настоящая фундаментальная наука!

Присоединяйтесь!

 

Оригинал данной статьи вы сможете найти по адресу http://www.physics2005.org/events/einsteinathome/index.html

Перевод выполнил hoarfrost из команды "Crystal Dream"

(в настоящее время оригинал статьи недоступен, в связи с изменением структуры и содержания сайта www.physics2005.org)