Поиск гравитационных волн и пульсаров: проект Einstein@Home

Введение

Einstein@Home – это проект добровольных вычислений BOINC, анализирующий данные, полученные с LIGO, для обнаружения гравитационных волн.

Einstein@Home – это проект, который ищет сигналы от вращающихся нейтронных звезд в данных, поступающих от детекторов гравитационных волн, крупных радиотелескопов и гамма-телескопа. Нейтронные звезды обнаруживаются по их импульсному радио- и гамма-излучению в виде радио- и/или гамма-пульсаров. Они также могут быть наблюдаемы как источники непрерывных гравитационных волн, если они быстро вращаются и имеют неаксиальную деформацию. Проект был официально запущен 19 февраля 2005 года в рамках вклада Американского физического общества в мероприятие, посвященное Всемирному году физики 2005 года. Einstein@Home анализирует данные с детекторов гравитационных волн LIGO. Проект проводит наиболее чувствительные поиски непрерывных гравитационных волн по всему небу. Хотя подобный сигнал пока не обнаружен, верхние пределы, установленные анализом Einstein@Home, обеспечивают астрофизические ограничения на галактическую популяцию вращающихся нейтронных звезд. Einstein@Home также анализирует данные радиотелескопа обсерватории Аресибо и ранее анализировал данные обсерватории Паркс. 12 августа 2010 года в журнале Science было опубликовано первое открытие Einstein@Home – ранее не обнаруженный радиопульсар J2007+2722, найденный в данных обсерватории Аресибо. Проект также анализирует данные космического гамма-телескопа Fermi для обнаружения гамма-пульсаров. 26 ноября 2013 года были опубликованы первые результаты анализа данных Fermi, полученные в рамках Einstein@Home: открытие четырех молодых гамма-пульсаров в данных LAT. Проект работает на программной платформе Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (BOINC) и использует бесплатное программное обеспечение, распространяемое под лицензией GNU General Public License, версия 2. Проект Einstein@Home поддерживается Институтом гравитационной физики имени Макса Планка (Институт Альберта Эйнштейна, Ганновер, Германия) и Университетом Висконсин-Милуоки. Проект финансируется Обществом Макса Планка (MPG), Американским физическим обществом (APS) и Национальным научным фондом США (NSF). Директором проекта Einstein@Home является Брюс Аллен. Einstein@Home использует вычислительную мощность добровольцев для решения сложной задачи анализа больших объемов данных. Такой подход был впервые реализован в проекте SETI@home, предназначенном для поиска признаков внеземной жизни путем анализа данных радиоволн. Einstein@Home работает на той же программной платформе, что и SETI@home – Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (BOINC). По состоянию на декабрь 2023 года в проекте приняли участие более 492 000 добровольцев из 226 стран, что делает его третьим по популярности активным приложением BOINC. Пользователи регулярно предоставляют около 7,7 петафлопс вычислительной мощности.

Einstein@Home is a volunteer computing project that searches for signals from spinning neutron stars in data from gravitational wave detectors, from large radio telescopes, and from a gamma ray telescope. Neutron stars are detected by their pulsed radio and gamma ray emission as radio and/or gamma ray pulsars. They also might be observable as continuous gravitational wave sources if they are rapidly spinning and non axisymmetrically deformed. The project was officially launched on 19 February 2005 as part of the American Physical Society's contribution to the World Year of Physics 2005 event. Einstein@Home searches data from the LIGO gravitational wave detectors. The project conducts the most sensitive all sky searches for continuous gravitational waves. While no such signal has yet been detected, the upper limits set by Einstein@Home analyses provide astrophysical constraints on the Galactic population of spinning neutron stars. Einstein@Home also searches radio telescope data from the Arecibo Observatory, and has in the past analyzed data from Parkes Observatory. On 12 August 2010, the first discovery by Einstein@Home of a previously undetected radio pulsar J2007+2722, found in data from the Arecibo Observatory, was published in Science. The project also analyses data from the Fermi Gamma ray Space Telescope to discover gamma ray pulsars. On 26 November 2013, the first Einstein@Home results of the Fermi data analysis was published: the discovery of four young gamma ray pulsars in LAT data. The project runs on the Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (BOINC) software platform and uses free software released under the GNU General Public License, version 2. Einstein@Home is hosted by the Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute, Hannover, Germany) and the University of Wisconsin–Milwaukee. The project is supported by the Max Planck Society (MPG), the American Physical Society (APS), and the US National Science Foundation (NSF). The Einstein@Home project director is Bruce Allen. Einstein@Home uses the power of volunteer computing in solving the computationally intensive problem of analyzing a large volume of data. Such an approach was pioneered by the SETI@home project, which is designed to look for signs of extraterrestrial life by analyzing radio wave data. Einstein@Home runs through the same software platform as SETI@home, the Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (BOINC). As of December 2023, more than 492,000 volunteers in 226 countries had participated in the project, making it the third most popular active BOINC application. Users regularly contribute about 7.7 petaFLOPS of computational power,

Научные цели

Проект Einstein@Home был изначально создан для проведения полнонебого поиска ранее неизвестных источников непрерывных гравитационных волн (CW) с использованием данных от детектора Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (ЛИГО) в Вашингтоне и Луизиане, США. Наиболее изученными потенциальными источниками CW являются быстро вращающиеся нейтронные звезды (включая пульсары), которые, как ожидается, излучают гравитационные волны из-за отклонения от осевой симметрии. Помимо проверки теории относительности Эйнштейна, прямое обнаружение гравитационных волн также станет важным новым астрономическим инструментом. Поскольку большинство нейтронных звезд невидимы в электромагнитном диапазоне, наблюдения гравитационных волн могут выявить совершенно новые популяции нейтронных звезд. Обнаружение CW может оказаться чрезвычайно полезным в нейтронной астрофизике и в конечном итоге предоставит уникальные сведения о природе материи при высоких плотностях, поскольку позволит изучать макроскопическое движение вещества. С марта 2009 года часть вычислительных ресурсов Einstein@Home также используется для анализа данных, полученных консорциумом PALFA в обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико. Эта поисковая работа направлена на обнаружение радиопульсаров в тесных двойных системах. Предполагается, что с Земли можно обнаружить один радиопульсар в орбитальной системе с периодом менее одного часа. Поиск радиопульсаров в Einstein@Home использует математические методы, разработанные для поиска гравитационных волн. С июля 2011 года Einstein@Home также анализирует данные с телескопа Large Area Telescope (LAT), основного инструмента космического телескопа гамма-лучей Ферми, для поиска импульсного гамма-излучения от вращающихся нейтронных звезд (гамма-пульсаров). Некоторые нейтронные звезды обнаруживаются только по их импульсному гамма-излучению, которое возникает в другой области магнитосферы нейтронной звезды, чем радиоизлучение. Определение скорости вращения нейтронной звезды является вычислительно сложной задачей, поскольку для типичного гамма-пульсара LAT обнаруживает лишь тысячи гамма-квантов в течение миллиардов оборотов. Анализ данных LAT в рамках Einstein@Home использует методы, первоначально разработанные для обнаружения непрерывных гравитационных волн.

The Einstein@Home project was originally created to perform all sky searches for previously unknown continuous gravitational wave (CW) sources using data from the Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) detector instruments in Washington and Louisiana, USA. The best understood potential CW sources are rapidly spinning neutron stars (including pulsars) which are expected to emit gravitational waves due to a deviation from Rotational symmetry. Besides validating Einstein's theory of General Relativity, direct detection of gravitational waves would also constitute an important new astronomical tool. As most neutron stars are electromagnetically invisible, gravitational wave observations might also reveal completely new populations of neutron stars. A CW detection could potentially be extremely helpful in neutron star astrophysics and would eventually provide unique insights into the nature of matter at high densities, because it provides a way of examining the bulk motion of the matter. Since March 2009, part of the Einstein@Home computing power has also been used to analyze data taken by the PALFA Consortium at the Arecibo Observatory in Puerto Rico. This search effort is designed to find radio pulsars in tight binary systems. It is expected that there is one radio pulsar detectable from Earth in an orbital system with a period of less than one hour. The Einstein@Home radio pulsar search employs mathematical methods developed for the search for gravitational waves. Since July 2011, Einstein@Home is also analyzing data from the Large Area Telescope (LAT), the primary instrument on Fermi Gamma ray Space Telescope to search for pulsed gamma ray emission from spinning neutron stars (gamma ray pulsars). Some neutron stars are only detectable by their pulsed gamma ray emission, which originates in a different area of the neutron star magnetosphere than the radio emission. Identifying the neutron star's rotation rate is computationally difficult, because for a typical gamma ray pulsar only thousands of gamma ray photons will be detected by the LAT over the course of billions of rotations. The Einstein@Home analysis of the LAT data makes use of methods initially developed for the detection of continuous gravitational waves.

Анализ данных гравитационных волн и результаты

Einstein@Home провел множество анализов, используя данные приборов LIGO. С момента первого поиска в 2005 году чувствительность детекторов LIGO была улучшена в серии этапов и модернизаций. Это продолжается и с текущими детекторами Advanced LIGO. Параллельно улучшались и поисковые алгоритмы Einstein@Home. В совокупности это увеличило чувствительность поиска на несколько порядков. Первый анализ Einstein@Home использовал данные "третьего научного запуска" (S3) LIGO. Обработка данных S3 проводилась в период с 22 февраля 2005 года по 2 августа 2005 года. В этом анализе были использованы 60 сегментов с 4-километрового детектора LIGO Hanford, каждый из которых содержал десять часов данных. Каждый 10-часовой сегмент анализировался на наличие сигналов CW компьютерами добровольцев с использованием метода согласованной фильтрации. После получения всех результатов согласованной фильтрации, результаты из разных сегментов были объединены в "этапе постобработки" на серверах Einstein@Home с использованием схемы совпадений для дальнейшего повышения чувствительности поиска. Результаты были опубликованы на веб-страницах Einstein@Home. Работа с набором данных S4 (четвертый научный запуск LIGO) началась путем объединения с расчетами S3 и была завершена в июле 2006 года. В этом анализе использовались 10 сегментов по 30 часов каждый с детектора LIGO Hanford 4 км и 7 сегментов по 30 часов каждый с детектора LIGO Livingston 4 км. Помимо того, что данные S4 были более чувствительными, в постобработке также применялась более чувствительная схема совпадений. Результаты этого поиска привели к первой научной публикации Einstein@Home в журнале Physical Review D. Einstein@Home привлек значительное внимание в международном сообществе распределенных вычислений, когда в марте 2006 года волонтер проекта, венгерский программист Акош Фекете, разработал и выпустил оптимизированное приложение для анализа данных S4. Фекете улучшил официальное приложение S4 и внедрил оптимизации SSE, 3DNow! и SSE3 в код, что повысило производительность до 800%. Фекете был отмечен за его усилия и впоследствии официально присоединился к команде Einstein@Home для разработки нового приложения S5. К концу июля 2006 года это новое официальное приложение широко распространилось среди пользователей Einstein@Home. Приложение вызвало значительный всплеск общей производительности и эффективности проекта, измеряемой скоростью вычислений с плавающей точкой (FLOPS), которая со временем увеличилась примерно на 50% по сравнению с неоптимизированными приложениями S4. Первый анализ Einstein@Home данных раннего набора LIGO S5, когда приборы достигли своей расчетной чувствительности, начался 15 июня 2006 года. В этом поиске использовались 22 сегмента по 30 часов каждый с детектора LIGO Hanford 4 км и шесть сегментов по 30 часов с детектора LIGO Livingston 4 км. Этот анализ (кодовое название "S5R1"), использующий методологию поиска Einstein@Home, был очень похож на предыдущий анализ S4. Однако результаты поиска были более чувствительными благодаря использованию большего объема данных более высокого качества по сравнению с S4. На значительной части пространства параметров поиска эти результаты, которые также были опубликованы в Physical Review D, являются наиболее полными на сегодняшний день. Второй поиск данных LIGO S5 (кодовое название "S5R3") Einstein@Home стал еще одним существенным улучшением чувствительности поиска. В отличие от предыдущих поисков, полученные результаты уже объединялись на компьютерах добровольцев с использованием метода преобразования Хафа. Этот метод сопоставлял результаты фильтрации из 84 сегментов данных по 25 часов каждый, параметры которых поступали как с 4-километровых детекторов LIGO Hanford, так и LIGO Livingston. 7 мая 2010 года был запущен новый поиск Einstein@Home (кодовое название "S5GC1"), использующий значительно улучшенный метод поиска. Эта программа проанализировала 205 сегментов данных по 25 часов каждый, используя данные как с 4-километровых детекторов LIGO Hanford, так и LIGO Livingston. В ней использовался метод, который использовал глобальные корреляции в пространстве параметров для эффективного объединения результатов согласованной фильтрации из разных сегментов. Результаты поиска по всему небу Einstein@Home для непрерывных гравитационных волн в данных LIGO S5 были опубликованы 13 февраля 2013 года. В наиболее чувствительной полосе частот поиска (половина герца при 152,5 герц) можно было исключить наличие периодических гравитационных волн с амплитудой напряжения более 7,6 × 10−25 с уверенностью 90%. В целом, этот поиск был в три раза более чувствительным, чем предыдущие поиски Einstein@Home в данных LIGO S5. Подробности двухэтапной процедуры отслеживания кандидатов в сигналы, использованной в этом исследовании, были опубликованы 25 июня 2014 года. Поиск высокочастотных (1249 герц - 1499 герц) непрерывных гравитационных волн в данных LIGO S5, проведенный Einstein@Home и опубликованный 26 сентября 2016 года, был единственным таким поиском в данных LIGO. Кандидатов в сигналы не было обнаружено. Поиск исключил нейтронные звезды с частотами вращения от 625 герц до 770 герц и с эллиптичностью более 2,8 × 10−7 на расстоянии менее 100 парсек от Земли. Данные шестого научного запуска LIGO (S6) были проанализированы Einstein@Home, и результаты были опубликованы 18 ноября 2016 года. Сигналы не были обнаружены, и поиск установил самые строгие верхние пределы для поиска непрерывных гравитационных волн по всему небу на момент публикации. В наиболее чувствительной полосе частот от 170,5 герц до 171 герц не было обнаружено непрерывных гравитационных волн с амплитудой напряжения более 5,5 × 10−25 с уверенностью 90%. На частотах 230 герц результаты поиска исключают нейтронные звезды с эллиптичностью более 10−6 в пределах 100 парсек от Земли. Einstein@Home провел направленный поиск непрерывных гравитационных волн от центрального объекта в сверхновой остатке Кассиопеи A. В нем использовались данные запуска LIGO S6 и поиск проводился в диапазоне частот от 50 герц до 1000 герц, поскольку частота вращения центрального объекта неизвестна. Сигналы не были обнаружены. Верхние пределы на излучение гравитационных волн от Кассиопеи A были самыми строгими на момент публикации, примерно в два раза ниже предыдущих верхних пределов. 28 декабря 2016 года были опубликованы результаты последующего поиска непрерывных гравитационных волн по всему небу в данных LIGO S6. Из общего числа 3,8 × 1010 кандидатов в сигналы из предыдущего поиска, 16 миллионов наиболее перспективных были проанализированы с использованием четырехэтапного иерархического процесса. Ни один кандидат не соответствовал астрофизическому источнику непрерывных гравитационных волн. В полосе частот от 170,5 герц до 171 герц верхний предел (с уверенностью 90%) на амплитуду напряжения составлял 4,3 × 10−25, что на 1,3 ниже, чем в предыдущем поиске. Поиски непрерывных гравитационных волн ограничены доступной вычислительной мощностью. В рамках проекта ведутся исследования по повышению чувствительности поисков с использованием новых методов. В конце 2017 года были опубликованы две статьи, описывающие улучшенные методы кластеризации кандидатов в иерархических поисках и новые методы "вето", которые различают астрофизические непрерывные гравитационные волны и артефакты детекторов, имитирующие их. Оба этих новых метода были использованы в первом поиске Einstein@Home по всему небу для непрерывных гравитационных волн в данных Advanced LIGO из первого наблюдательного запуска (O1), результаты которого были опубликованы 8 декабря 2017 года. Первая часть поиска исследовала нижний конец частотного диапазона LIGO от 20 герц до 100 герц. Сигналы не были обнаружены. Самый строгий верхний предел (с уверенностью 90%) на амплитуду гравитационной волны, установленный поиском, составлял 1,8 × 10−25 на частоте 100 герц. Исследование Einstein@Home о том, как оптимально использовать ограниченную вычислительную мощность для направленных поисков (где доступна априорная информация о целевом объекте, такая как положение на небе), было опубликовано 31 января 2018 года. В нем описывается разработка поисков непрерывных гравитационных волн в широком диапазоне частот от трех су...

Einstein@Home has carried out many analysis runs using data from the LIGO instruments. Since its first search run in 2005, the sensitivity of the LIGO detectors has been improved in a series of steps and upgrades. This is continuing with the current Advanced LIGO detectors. At the same time, Einstein@Home search algorithms have also improved. Together these have increased the search sensitivity by several orders of magnitude. Einstein@Home's first analysis used data from the "third science run" (S3) of LIGO. Processing of the S3 data set was conducted between 22 February 2005 and 2 August 2005. This analysis employed 60 segments from the LIGO Hanford 4 km detector, totaling ten hours of data each. Each 10 hour segment was analyzed for CW signals by the volunteers' computers using a matched filtering technique. When all matched filtering results were returned, the results from different segments were then combined in a "post processing step" on Einstein@Home servers via a coincidence scheme to further enhance search sensitivity. Results were published on the Einstein@Home webpages. Work on the S4 data set (LIGO's fourth science run) was started via interlacing with the S3 calculations and finished in July 2006. This analysis used 10 segments of 30 hours each from the LIGO Hanford 4 km detector and 7 segments of 30 hours each from the LIGO Livingston 4 km detector. Besides the S4 data being more sensitive, a more sensitive coincidence combination scheme was also applied in the post processing. The results of this search have led to the first scientific publication of Einstein@Home in Physical Review D.

Einstein@Home gained considerable attention in the international volunteer computing community when an optimized application for the S4 data set analysis was developed and released in March 2006 by project volunteer Akos Fekete, a Hungarian programmer. Fekete improved the official S4 application and introduced SSE, 3DNow! and SSE3 optimizations into the code improving performance by up to 800%. Fekete was recognized for his efforts and was afterward officially involved with the Einstein@Home team in the development of the new S5 application. As of late July 2006, this new official application had become widely distributed among Einstein@Home users. The app created a large surge in the project's total performance and productivity, as measured by floating point speed (or FLOPS), which over time has increased by approximately 50% compared to non optimized S4 applications. The first Einstein@Home analysis of the early LIGO S5 data set, where the instruments initially reached their design sensitivity, began on 15 June 2006. This search used 22 segments of 30 hours each from the LIGO Hanford 4 km detector and six segments of 30 hours from the LIGO Livingston 4 km detector. This analysis run (code name "S5R1"), employing the search methodology as Einstein@Home, was very similar to the previous S4 analysis. However, the search results were more sensitive due to the use of more data of better quality compared to S4. Over large parts of the search parameter space, these results, which also appeared in Physical Review D, are the most exhaustive published to date. The second Einstein@Home search of LIGO S5 data (code name "S5R3") constituted a further major improvement regarding search sensitivity. As opposed to previous searches, the ensuing results were already combined on the volunteers' computers via a Hough transform technique. This method matched filtered results from 84 data segments of 25 hours each, parameters from which came from both 4 km LIGO Hanford and Livingston instruments. On 7 May 2010, a new Einstein@Home search (code name "S5GC1"), which uses a significantly improved search method, launched. This program analyzed 205 data segments of 25 hours each, using data from both 4 km LIGO Hanford and Livingston instruments. It employed a technique which exploited global parameter space correlations to efficiently combine the matched filtering results from the different segments. Results from an Einstein@Home all sky search for continuous gravitational waves in LIGO S5 data were published on 13 February 2013. In the most sensitive frequency band of the search (a half Hertz band at 152.5 Hertz), the presence of periodic gravitational waves with strain amplitude larger than 7.6×10−25 could be excluded at 90% confidence. Overall, the search was 3 times as sensitive as previous Einstein@Home searches in LIGO S5 data. Details of the two stage follow up procedure for signal candidates used in this study were published on 25 June 2014. A search for high frequency (1249 Hertz to 1499 Hertz) continuous gravitational waves in LIGO S5 data by Einstein@Home, published on 26 September 2016, was the only such search in LIGO data. No signal candidates were identified. The search excluded neutron stars with spin frequencies between 625 Hertz and 770 Hertz and with ellipticities greater than 2.8×10−7 closer than 100 parsec to Earth. Data from LIGO 6th science run (S6) were analyzed by Einstein@Home and the results were published on 18 November 2016. No signal was found and the search set the most stringent upper limits for an all sky search for continuous gravitational waves at the time of publication. In the most sensitive frequency band between 170.5 Hertz and 171 Hertz there were (with 90% confidence) no continuous gravitational waves with a strain amplitude of more than 5.5×10−25 detected. At frequencies of 230 Hertz, the search results exclude neutron stars with ellipticities greater than 10−6 within 100 parsecs of Earth. Einstein@Home conducted a directed search for continuous gravitational waves from the central object in the supernova remnant Cassiopeia A. It used data from the LIGO S6 run and searched over a range of frequencies from 50 Hertz to 1000 Hertz, because the spin frequency of the central object is unknown. No signal was found. The upper limits on gravitational wave emission from Cassiopeia A were the most stringent at the time of publication, about a factor two lower than previous upper limits. On 28 December 2016 results from a follow up of the all sky search for continuous gravitational waves in LIGO S6 data were published. Out of a total of 3.8 × 1010 signal candidates from the earlier search, the 16 million most promising were analyzed using a four stage hierarchical process. No candidate was found to be consistent with an astrophysical source of continuous gravitational waves. In the frequency band between 170.5 Hertz and 171 Hertz the upper limit (90% confidence) on the strain amplitude was 4.3×10−25, a factor 1.3 lower than in the previous search. Searches for continuous gravitational waves are limited by the available computing power. Within the project, research on improving the sensitivity of the searches with new methods is conducted. In late 2017 two publications were published, describing improved methods of candidate clustering in the hierarchical searches and new “veto” methods that distinguish between astrophysical continuous gravitational waves and detector artifacts mimicking them. Both these new methods were employed in the first Einstein@Home all sky search for continuous gravitational waves in Advanced LIGO data from the first observing run (O1), the results of which were published on 8 December 2017. The first part of the search investigated the lower end of the LIGO frequency band between 20 Hertz and 100 Hertz. No signals were found. The most stringent upper limit (90% confidence) on the gravitational wave strain amplitude set by the search was 1.8×10−25 at a frequency of 100 Hertz. An Einstein@Home study on how to optimally use the limited computing power for directed searches (where prior information on the target object such as the sky position is available) was published on 31 January 2018. It describes the design of searches for continuous gravitational waves over a wide frequency range from three supernova remnants (Vela Jr, Cassiopeia A, and G347.3). The results from the directed Einstein@Home search for continuous gravitational waves from the central objects of the supernova remnants Vela Jr., Cassiopeia A, and G347.3 was published on 29 July 2019. It covered a frequency range from 20 Hertz to 1500 Hertz and used data from LIGO’s first observing run O1. No signal was found and the most stringent upper limit at the time of publication were set, improving earlier results by a factor of two for all three targets. A follow up of the Einstein@Home search for continuous gravitational waves from the central objects of the supernova remnants Vela Jr., Cassiopeia A, and G347.3 was published on 29 June 2020. It investigated the most promising 10,000 candidates from the previous search and followed them up in two stretches of data from LIGO’s second observing run (O2). A single candidate associated with G347.3 remained as a possible signal after the follow up, but was not conclusively confirmed based on gravitational wave data. Archival X ray data were searched for pulsations at the putative rotation frequency of the neutron star and its integer multiples. No signal was found. It is expected that data from LIGO’s third observing run (O3) will suffice to shed light on the nature of this potential candidate. On 8 March 2021 results from an Einstein@Home all sky search for continuous gravitational waves in LIGO O2 data were published. It used an eight stage follow up process and covered a frequency range from 20 Hertz to 585 Hertz and reached the highest sensitivity for any all sky survey below 500 Hertz. Six candidates were found after all follow up stages. They are consistent with and caused by validation hardware injections in the LIGO instruments. No other signal was found. The most stringent upper limit (90% confidence) was set in a 0.5 Hertz band at 163 Hertz at a gravitational wave strain amplitude of 1.3×10−25. The results begin to probe neutron star astrophysics and population properties. They exclude neutron stars with rotation frequencies above 200 Hertz with ellipticities larger than 10−7 (which are predicted by some models of neutron star crusts) closer than 100 parsec. Results from a dedicated Einstein@Home search for continuous gravitational waves from the central object of the supernova remnant G347.3 was published on 5 August 2021. In the analysed frequency range between 20 Hertz and 400 Hertz no signal was found. The derived upper limits correspond to ellipticities of less than 10−6 for most of the frequency band. In the most sensitive frequency band at 166 Hertz the upper limit (90% confidence) on gravitational wave strain is 7.0×10−26. In July 2023, the results of an all sky search for continuous gravitational waves in the public LIGO O3 data were published. The search was the most sensitive at that time for gravitational waves with frequencies between 2o Hertz and 800 Hertz and with spin downs of up to −2.6×10−9 Hz s−1. No astrophysical gravitational wave signal was identified, and all candidate signals could be attributed to artificial signals injected into the LIGO data for validation purposes. The results exclude the existence of isolated neutron stars spinning at rotational frequencies of more than 200 Hertz with ellipticities larger than 5×10−8 closer than 100 parsec.

Анализ радиоданных и результаты

24 марта 2009 года было объявлено о начале проекта Einstein@Home по анализу данных, полученных консорциумом PALFA в обсерватории Аресибо (Пуэрто-Рико). 12 августа 2010 года проект Einstein@Home объявил об открытии нового разрушенного двойного пульсара PSR J2007+2722, который, возможно, является самым быстро вращающимся пульсаром, обнаруженным на сегодняшний день. Компьютеры добровольцев Einstein@Home из России и Великобритании наблюдали PSR J1952+2630 с наибольшей статистической значимостью. К 15 мая 2012 года было выпущено новое приложение для графических карт ATI/AMD. Благодаря использованию OpenCL, новое приложение работало в десять раз быстрее, чем на обычном процессоре. 22 июля 2013 года была анонсирована версия приложения для Android, предназначенная для поиска радиопульсаров. Как и приложение для процессоров, Android-приложение обрабатывает данные обсерватории Аресибо. 20 августа 2013 года было опубликовано открытие 24 пульсаров в данных, полученных в ходе многолучевого пульсарного обзора Паркса. Повторный анализ данных позволил обнаружить эти пульсары, которые были пропущены при предыдущих анализах и переанализах. Шесть из обнаруженных пульсаров входят в состав двойных систем. 4 ноября 2016 года было опубликовано открытие двойной нейтронной звезды в данных PALFA, полученных в рамках проекта. PSR J1913+1102 находится на орбите с нейтронной звездой-компаньоном с периодом 4,95 часа. Измерение релятивистского сдвига периастра позволило определить общую массу системы в 2,88 солнечных масс, что сопоставимо с массой самой массивной двойной нейтронной звезды B1913+16. В августе 2021 года консорциум PALFA опубликовал результаты анализа времени наблюдения 13 радиопульсаров, обнаруженных проектом Einstein@Home. 31 октября 2023 года проект объявил о запуске нового проекта Zooniverse под названием «Pulsar Seekers» («Искатели пульсаров»). В рамках этого проекта добровольцы-ученые визуально проверяют и классифицируют наборы диагностических графиков для кандидатов в пульсары, полученных в результате анализа наблюдений, выполненных в ходе пульсарного обзора PALFA телескопа Аресибо проектом Einstein@Home. Цель проекта – идентифицировать новые пульсары в этих данных. По состоянию на декабрь 2023 года проект Einstein@Home обнаружил в общей сложности 55 радиопульсаров: 24 – с использованием данных многолучевого обзора Паркса и 31 – с использованием радиоданных Аресибо (включая два, полученных в ходе поиска двойных радиопульсаров в Аресибо, и 29 – с использованием данных из PALFA Mock спектрометра обсерватории Аресибо).

On 24 March 2009, it was announced that the Einstein@Home project was beginning to analyze data received by the PALFA Consortium at the Arecibo Observatory in Puerto Rico. On 12 August 2010, the Einstein@Home project announced the discovery of a new disrupted binary pulsar, PSR J2007+2722; it may be the fastest spinning such pulsar discovered to date. The computers of Einstein@Home volunteers from Russia and the UK observed PSR J1952+2630 with the highest statistical significance. By 15 May 2012 a new application for ATI/AMD graphic cards had been released. Using OpenCL, the new application was ten times faster than running on a typical CPU. On 22 July 2013, an Android application version of the radio pulsar search was announced. Like the CPU application, the Android application processes data from Arecibo Observatory. On 20 August 2013, the discovery of 24 pulsars in data from the Parks Multi beam Pulsar Survey was published. The re analysis of the data found these pulsars, which were missed by previous analyses and re analyses of the data. Six of the discovered pulsars are in binary systems. The discovery of a double neutron star binary in PALFA data by the project was published on 4 November 2016. PSR J1913+1102 is in a 4.95 hour orbit with a neutron star partner. By measuring the relativistic periastron advance, the total mass of the system was determined to 2.88 solar masses, similar to the mass of the most massive double neutron star, B1913+16. Timing analysis of 13 radio pulsars discovered by Einstein@Home were published by the PALFA Consortium in August 2021. On 31 October 2023 the project announced the launch of a new Zooniverse project called “Pulsar Seekers”. In this project, citizen scientists visually inspect and classify sets of diagnostic plots for pulsar candidates produced from the Einstein@Home analysis of observations from the large Arecibo telescope’s PALFA pulsar survey. The goal is to identify new pulsars in these data. As of December 2023, the Einstein@Home project had discovered a total of 55 radio pulsars: 24 using Parkes Multibeam Survey data and 31 using Arecibo radio data (including two from the Arecibo Binary Radio Pulsar Search and 29 using data from the PALFA Mock spectrometer data from Arecibo Observatory).

Анализ данных гамма-излучения и результаты

1 июля 2011 года проект объявил о новом приложении для поиска пульсаров в данных, полученных с Большого областного телескопа, установленного на борту космического телескопа гамма-лучей Ферми. 26 ноября 2013 года было опубликовано открытие четырех молодых гамма-пульсаров в данных LAT, полученное в рамках проекта Einstein@Home. Все четыре пульсара расположены в плоскости нашей Галактики, имеют частоты вращения менее 10 Герц и характерные возраста от 35 000 до 56 000 лет. Радиоизлучение от этих пульсаров не было зафиксировано. 4 августа 2015 года было опубликовано открытие гамма-пульсара PSR J1906+0722. Это открытие подтвердило пульсарную природу объекта, предполагавшуюся с 2012 года на основе распределения энергии гамма-фотонов, зарегистрированных LAT. Пульсар является молодым и энергичным. В августе 2009 года он испытал один из самых крупных глитчей, наблюдаемых у гамма-пульсара. Последующие поиски радиопульсаций не дали результатов, что позволяет предположить, что PSR J1906+0722 является радиотихим. Для повышения точности определения астрофизических параметров были внедрены усовершенствованные методы измерения времени прихода гамма-пульсаций. 16 ноября 2016 года было опубликовано открытие и результаты измерения времени PSR J1208−6238 – самого молодого известного радиотихого гамма-пульсара. Несмотря на предполагаемый возраст в 2700 лет, остатки сверхновой или туманность пульсарного ветра не были идентифицированы. 11 января 2017 года были опубликованы первые результаты обзора 118 неидентифицированных источников, похожих на пульсары, из каталога Fermi LAT. Всего было обнаружено 13 новых пульсаров. Большинство из них молоды и образовались в результате взрывов сверхновых от нескольких десятков до сотен тысяч лет назад. Результаты и методы, использованные в обзоре, были опубликованы в первой из двух связанных статей. Вторая статья содержит данные о слабых радиопульсациях, зарегистрированных от двух из 13 гамма-пульсаров, а также моделирование профилей гамма- и радиопульсаций с использованием различных геометрических моделей излучения. 28 февраля 2018 года было опубликовано открытие двух миллисекундных пульсаров, обнаруженных проектом Einstein@Home по их импульсному гамма-излучению. PSR J1035−6720, вращающийся со скоростью 348 Герц, демонстрирует обнаруживаемые радиопульсации, которые были зафиксированы в ходе последующих поисков. Другое открытие, PSR J1744−7619, является первым радиотихим миллисекундным пульсаром, когда-либо обнаруженным. Проект также объявил о поиске гамма-пульсаров в двойных системах, которые сложнее обнаружить из-за дополнительных орбитальных параметров. PSR J1653 0158, нейтронная звезда массой около двух солнечных масс и одной из самых высоких известных частот вращения – 508 Герц, вращается вокруг общего центра масс с компаньоном, масса которого составляет всего 1% массы Солнца. Орбитальный период составляет 75 минут, что меньше, чем у любой сопоставимой двойной системы. Открытие было сделано с использованием GPU-ускоренной версии модифицированного кода поиска гамма-пульсаров, включающей параметры орбиты двойной системы. Последующие поиски радиоизлучения не дали результатов. Поиск гравитационных волн от пульсара также не дал положительных результатов. Пульсар относится к классу, известному как пульсары "черная вдова". Пульсар испаряет своего компаньона энергичным излучением и потоком частиц. Очищенный материал заполняет двойную систему облаком плазмы, поглощающим радиоволны, но пропускающим гамма-излучение. 2 февраля 2021 года было сообщено о втором открытии гамма-пульсара в необычной двойной системе. Предполагалось, что это система "redback" с миллисекундным пульсаром, однако пульсации от нейтронной звезды не были зафиксированы. Оптические наблюдения компаньона пульсара были использованы для уточнения орбитальных параметров системы. В результате целенаправленного поиска гамма-пульсаций с помощью Einstein@Home был обнаружен пульсар с низкой массой, вращающийся со скоростью 377 Герц на орбите с периодом 5,5 часов вокруг компаньона, масса которого составляет примерно пятую часть солнечной массы. Точное измерение времени гамма-пульсаций выявило непредсказуемые изменения в орбитальном периоде до десяти миллисекунд. Эти изменения могут быть связаны с изменениями в распределении массы компаньона, вызванными его магнитной активностью, что, в свою очередь, влияет на орбиту пульсара через изменение внешнего гравитационного поля. 15 июня 2021 года проект объявил об открытии 14 ранее неизвестных гамма-пульсаров в данных Fermi LAT. В ноябре 2023 года был опубликован Третий каталог гамма-пульсаров, полученных с помощью Большого областного телескопа Ферми. В каталог включены 39 пульсаров, обнаруженных с помощью Einstein@Home, и 14 пульсаров, обнаруженных с использованием методов Einstein@Home, реализованных на большом вычислительном кластере. Каталог также включает 13 кандидатных систем "паук-пульсаров", которые могут стать объектами для будущих поисков их гамма-пульсаций с помощью Einstein@Home. По состоянию на декабрь 2023 года проект Einstein@Home обнаружил в данных Fermi LAT в общей сложности 39 гамма-пульсаров.

On 1 July 2011 the project announced a new application to search for pulsars in data from the Large Area Telescope on board the Fermi Gamma ray Space Telescope. On 26 November 2013, the discovery of four young gamma ray pulsars in LAT data by the Einstein@Home project was published. All four pulsars are located in the plane of our Galaxy and have spin frequencies of less than 10 Hertz and characteristic ages between 35,000 and 56,000 years. No radio waves were detected from any of the pulsars. The discovery of the gamma ray pulsar PSR J1906+0722 was published on 4 August 2015. The discovery confirmed the pulsar nature of the object which had been suspected since 2012 based on the energy distribution of the gamma ray photons observed by the LAT. The pulsar is young and energetic. In August 2009 it suffered one of the largest glitches observed from a gamma ray pulsar. No radio pulsations were detected in any follow up search, making PSR J1906+0722 likely radio quiet. Advanced methods of timing the arrival times of gamma ray pulsations were introduced to improve the parameter inference of astrophysical properties. On 16 November 2016 the discovery and timing measurements of PSR J1208−6238, the youngest known radio quiet gamma ray pulsar, were published. Even though the inferred age is 2,700 years, no associated supernova remnant or pulsar wind nebula could be identified. On 11 January 2017, the first results from a survey of 118 unidentified pulsar like sources from the Fermi LAT Catalog were published. A total of 13 new pulsars were found. Most of them are young and were formed in supernovae several tens to hundreds of thousands of years ago. The discoveries and the methods used in the survey were published in the first of two associated papers. The second paper reports faint radio pulsations from two of the 13 gamma ray pulsars, and presents modeling of the gamma ray and radio pulse profiles with different geometric emission models. The discovery of two millisecond pulsars discovered by Einstein@Home through their pulsed gamma radiation was published on 28 February 2018. PSR J1035−6720, spinning at 348 Hertz, has detectable radio pulsations which were found in follow up searches. The other discovery PSR J1744−7619 is the first radio quiet millisecond pulsar ever discovered. The project also announced that it was searching for gamma ray pulsars in binary systems, which are more difficult to find due to the additional orbital parameters. PSR J1653 0158, a neutron star with about two solar masses and one of the highest known rotation frequencies of 508 Hertz, orbits the common center of mass with a companion of only 1% of the Sun’s mass. The orbital period is 75 minutes, shorter than that of any comparable binary systems. The discovery was made using a GPU accelerated version of a modified gamma ray pulsar search code, which included binary orbital parameters. No radio waves were found in follow up searches. A search for gravitational waves from the pulsar discovered no such emission. The pulsar is from a class known as black widow pulsars. The pulsar evaporates its companion with its energetic radiation and a particle wind. The ablated material fills the binary system with a cloud of plasma absorbing radio waves, but not gamma radiation. A second discovery of a gamma ray pulsar in an unusual binary system was reported on 2 February 2021. It was thought to be a “redback” millisecond pulsar system, but no pulsations from the neutron star had been observed. Optical observations of the pulsar companion were used to constrain the orbital parameters of the system. A thus targeted search for gamma ray pulsations with Einstein@Home found a low mass pulsar spinning at 377 Hertz in a 5.5 hour orbit with a companion of about a fifth of a solar mass. Precision timing of the gamma ray pulsations revealed unpredictable changes in the orbital period of up to ten milliseconds. They might be linked to changes in the mass distribution of the companion caused by its magnetic activity, which in turn would affect the pulsar orbit through the changing external gravitational field. The discovery of 14 previously unknown gamma ray pulsars in Fermi LAT data was announced by the project on 15 June 2021. In November 2023 the Third Fermi Large Area Telescope Catalog of Gamma Ray Pulsars was published. The catalog lists 39 pulsars discovered with Einstein@Home and 14 with Einstein@Home methods implemented on a large compute cluster. The catalog also includes 13 candidate spider pulsar systems, that could be targets for future searches for their gamma ray pulsations with Einstein@Home. As of December 2023, the Einstein@Home project had discovered a total of 39 gamma ray pulsars in Fermi LAT data.