志愿者空闲电脑时间发现天体怪异现象

Einstein@Home,一个主要搜索引力波的分布式计算项目,发现了它的首个脉冲星


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一颗新发现的、距离约 17,000 光年的恒星遗骸并非寻常的脉冲星。首先,这个超高密度、快速自旋的物体似乎属于一种罕见的类型,被称为瓦解的再循环脉冲星。脉冲星之所以得名,是因为它们高速旋转——这颗脉冲星每秒自转超过 40 次——并发出无线电波束,像灯塔一样扫过天空。对于外部观测者而言,每次波束扫过观测者方向时,辐射都呈现脉冲状。

瓦解的再循环脉冲星曾是双星系统中的一员,该系统中的一颗恒星首先以超新星爆发并坍缩成一个极其致密的天体,即中子星,随后它不断吞噬来自伴星的物质,旋转速度也随之加快,最终当伴星也以超新星爆发时,它才从双星系统中脱离出来。瓦解的再循环脉冲星非常罕见——最近一项研究估计,在 1500 多个已知的脉冲星中,仅有八个属于瓦解的再循环类型

这种生命历程无疑堪称奇特,但新近发现的脉冲星 PSR J2007+2722 最引人注目的方面是其发现方式。这个天体珍品是由美国和德国的个人电脑发现的,他们将闲置的处理器时间贡献给了 Einstein@Home 项目。该项目利用成千上万台志愿者的电脑,从天体物理数据集中挖掘有趣的现象。这项发现已于 8 月 12 日在《科学》杂志在线发表的一篇论文中公布。

志愿者计算于 1999 年随着 SETI@home 的启动而进入公众视野。SETI@home 是一项将射电望远镜数据分发给志愿者的计划,志愿者的计算机自动筛选望远镜信号,以寻找可能的外星生命迹象。(SETI 代表“搜寻地外文明计划”。)2002 年,加州大学伯克利分校通过启动 BOINC(伯克利开放式网络计算基础设施)扩展了志愿者计算平台。BOINC 是一个开源系统,允许其他数据密集型项目效仿 SETI@home 的模式。如今,通过 BOINC 平台,有数十个项目可供使用,包括 Climateprediction.net,该项目利用志愿者的计算机来测试气候模型;Rosetta@home,它探索三维蛋白质结构;以及 Einstein@Home,它于 2005 年启动,旨在搜寻时空中被称为引力波的涟漪。

然而,直接探测引力波——这是阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论的一个基本预言——似乎仍需数年,甚至可能数十年之久,因为目前这一代引力波探测器至今尚未探测到任何引力波。因此,2009 年,Einstein@Home 的管理者为该项目增加了一个更易实现的目标。现在,该项目约三分之一的时间用于挖掘来自波多黎各阿雷西博天文台的数据,这是地球上最大的单面口径射电望远镜,目的是寻找脉冲星的信号。

“引力波的搜寻可能需要相当长的时间,”Einstein@Home 项目主管 布鲁斯·艾伦说道。艾伦是德国汉诺威马克斯·普朗克引力物理研究所和威斯康星大学密尔沃基分校的物理学家。艾伦和他的同事们认为,“如果我们能寻找一些更容易找到的目标,那就更好了。”艾伦指出,一个更易实现的目标也可能成为吸引志愿者持续参与该项目的动力。

在搜寻脉冲星的最初一年左右,一切进展顺利。但在六月,Einstein@Home 代码升级,搜索速度提升约七倍后的几个月,一对志愿者的电脑捕获了该项目组的首个脉冲星。(艾伦指出,所有工作都会重复进行两次以确保验证。)这项发现来自德国美因茨大学的丹尼尔·格布哈特,以及美国爱荷华州艾姆斯市的克里斯和海伦·科尔文的个人电脑。

科尔文夫妇均在富国银行工作——妻子担任软件测试员,丈夫担任系统架构师——他们长期参与志愿者计算项目。“早在 BOINC 诞生之前,我们就注册了 SETI@home,”海伦·科尔文说。

脉冲星的发现突显了协同计算的力量——正如克里斯·科尔文形容他自组装的电脑时所说,即使是“一台普通的家用台式电脑”也能为科学知识做出贡献。(而且,他还说,这个程序还能生成漂亮的屏幕保护程序。)

美国和德国的电脑共同发现 PSR J2007+2722,这恰好体现了合作精神,因为美德两国为 Einstein@Home 和整个 BOINC 项目贡献了最多的资源。但即使是这些贡献,也仅来自人口中不足 1% 的一小部分。马克斯·普朗克引力物理研究所物理学博士生,《科学》杂志论文的第一作者 本杰明·克尼斯佩尔指出:“这意味着,如果能有 10 倍的人加入进来,贡献出他们的电脑,那将有巨大的潜力。”克尼斯佩尔说道。

然而,志愿者的贡献不仅限于贡献空闲的处理器时间。为 Einstein@Home 编写了大部分脉冲星代码的克尼斯佩尔表示,志愿者们也在编程方面做出了贡献,帮助提升了程序的运行速度。

至于科尔文夫妇,他们表示计划继续将他们电脑的空闲时间贡献给 BOINC 项目。“还有许多未知领域等待我们去探索,”克里斯·科尔文说。但是,这对夫妇的电脑,尽管它有了新晋“脉冲星发现者”的身份,现在却被“贬谪”到了地下室一角。科尔文夫妇正期待着他们的第一个孩子在几天后降生,他们需要腾出空间来布置婴儿房。

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