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用家庭计算机搜索伽玛射线脉冲星

2015.01.03

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原文标题:Gamma pulsars from the home computer

原文来自:Max-Planck-Institut fur Astrophysik   Posted: 2013. 11. 27

编译:Melipal   审校:Linq

Einstein@Home计划的 志愿者在NASA费米伽玛射线空间望远镜的 数据中发现了4座宇宙灯塔。

由全球各地贡献的 计算能力以及创新性的 分析方法是搜索新脉冲星 的 成功组合。来自马普引力物理所与射电天文所的 科学家与国际同行一道从费米空间望远镜的 数据中发现了4颗伽玛射线脉冲星 。这一工作的 突破来自分布式运算计划Einstein@Home,它将来自世界各地的 4万名参与者提供的 超过20万台计算机连接到了一起,形成了一台全球超级计算机。这一发现是由来自澳大利亚、加拿大、法国、德国、日本和美国的 志愿者作出的 。

自从2008年发射升空以来,费米望远镜一直在伽玛射线波段观测着全天。它已经发现了数以千计的 前所未知的 伽玛源,其中可能有数百个是尚未被发现的 脉冲星 ,也就是爆发恒星 快速旋转的 致密残骸。然而辨认这些新的 伽玛射线脉冲星 需要以很高的 精度“扫描”很宽的 参数范围,所以要消耗大量的 计算能力。

 

来自马普引力物理所(即阿尔伯特·爱因斯坦研究所,AEI)的 独立研究小组领导人、论文的 第一作者霍尔格·普莱茨(Holger Pletsch)说:“伽玛射线脉冲星 搜索很消耗计算机性能,我们对此的 创新性解决方案是将极其有效的 方法与Einstein@Home计划的 分布式运算能力结合起来。来自全球各处的 志愿者让我们可以应对费米数据处理给出的 庞大计算挑战。通过这种渠道,志愿者为天文学作出了无价的 贡献。”

Einstein@Home计划是由威斯康星 大学密尔沃基(Milwaukee)分校引力与宇宙学中心以及德国汉诺威AEI联合提出的 ,由美国国家科学基金会以及马普学会共同赞助。自2011年中期以来,Einstein@Home计划计划开始在费米的 数据中搜寻伽玛射线脉冲星 的 信号。这一计划始于2005年,目的 是在LIGO探测器的 数据中搜索引力波信号,至今这一点仍旧是Einstein@Home的 主要任务。自2009年初起,该计划对新的 射电脉冲星 进行了成功的 搜索。

AEI的 负责人、Einstein@Home计划的 首席研究员、论文的 合作者布鲁斯·艾伦(Bruce Allen)说:“Einstein@Home发现的 第一颗伽玛射线脉冲星 无论对于我们还是对参与的 志愿者来说都是个里程碑。它说明每一个人只要拥有计算机,就可以为前沿科学研究作贡献,并作出天文发现。我希望我们的 热情会鼓舞更多的 人,帮助我们在未来作出发现。”

作出这些发现的 志愿者很兴奋。美国肯塔基州的 托马斯·M·杰克逊(Thomas M. Jackson)使用他的 4核CPU来运行Einstein@Home程序,他说:“开始我有点目瞪口呆,以为有人在戏弄我。不过在我进行了一些调研之后,每件事情都一清二楚了。像我这样无名的 人也可以让事情变得不同,这很是让人吃惊。”

来自德国雷林根(Rellingen)的 汉斯—彼得·托布勒(Hans-Peter Tobler)从2005年起就参与了Einstein@Home计划,现在帮助发现了一颗伽玛射线脉冲星 。他说:“我对天文学很着迷。Einstein@Home让我可以对这一科学领域作出贡献,哪怕我本人不是职业天文学家。”由于参与项目的 计算机有数十万台,他从来没有预期过他自己的 家用机可以发现什么东西。

科研论文中感谢了所有Einstein@Home计划志愿者的 贡献。天文学家特别提到了8名用计算机作出发现的 志愿者,他们分别来自澳大利亚、加拿大、法国、德国、日本和美国。作为奖励,他们收到了关于发现的 特制证书。

这4颗伽玛射线脉冲星 不仅是分布式志愿计算计划发现的 第一批此类天体,而且它们本身也很特殊。论文的 合作者、马普射电天文所(MPIfR)的 负责人迈克尔·克雷默(Michael Kramer)说:“让人兴奋的 是,所有这4颗脉冲星 都位于银盘上。”早年使用射电望远镜进行的 巡天彻底搜索了这片天区,但没有发现这4颗脉冲星 ,只找到了一颗类似的 中子星 。

显然这些脉冲星 只能在伽玛射线波段观测到。射电与伽玛射线辐射是在脉冲星 的 不同区域发出的 。由于取向不同,狭窄的 射电辐射束可能并不对准地球,而较宽的 伽玛射线光子则可以被观测到。使用MPIfR的 100米埃费尔斯贝格(Effelsberg)射电望远镜以及澳大利亚帕克斯( Parkes)天文台对这4颗新脉冲星 专门进行的 后续观测确认,它们没有任何可探测的 射电信号。

克雷默说:“在成功地盲目搜索到伽玛射线脉冲星 之后,我们有了发现中子星 的 新窗口。”新的 搜索使用的 方式是受引力波信号分析的 启发。使用这样的 方法,普莱茨身边的 天文学家发现了在过去3年中从费米的 数据中盲目搜索到的 所有11颗伽玛射线脉冲星 。

新发现的 脉冲星 中,有两颗在完美的 规律自转中表现出了突然的 变化——它们发生了脉冲星 自转突变。在自转突变期间,中子星 的 自转突然加快,然后逐渐减慢,在数周后恢复原始自转周期。论文的 合作者卢卡斯·格列蒙特(Lucas Guillemot)最近在奥尔良(Orléans)的 LPC2E找到了工作,在作出此项的 时候还是MPIfR的 研究者。他说:“现在我们并不知道究竟是什么原因导致了自转突变,不过测量这一现象可以为我们提供有关中子星 内部结构的 新线索,这是我们了解得尚不完全的 地方。”

自转突变通常发生在新生中子星 上。根据天文学家的 测量,这4颗新发现的 脉冲星 年龄在3万年到6万年之间,对于中子星 来说是最年轻的 。

在未来,由于费米望远镜计划再至少进行5年的 观测,有效的 搜索方式将变得愈发重要。观测时间越长,科学家就可以发现越发暗淡的 脉冲星 。然而更长的 观测时间意味着快速增长的 计算机性能需要。传统的 方法现在已经需要消耗过多的 计算性能了,不过对于新的 方法仍有余量。普莱茨说:“只有我们的 方法可以在未来从费米的 数据中进行有效的 脉冲星 盲目搜索。利用Einstein@Home计划的 志愿者贡献的 计算能力,我们希望可以发现非常遥远或非常暗淡的 伽玛射线脉冲星 。”

(全文完)

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