En 2016, un equipo internacional de científicos encontró pruebas definitivas (pequeñas ondas en el espacio conocidas como ondas gravitacionales) para respaldar una de las últimas predicciones no probadas que quedan de la teoría de la relatividad general de Einstein. El equipo utilizó el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO), que desde entonces ha hecho varios descubrimientos de ondas gravitacionales. Cada descubrimiento fue posible en parte debido a una red global de grupos de supercomputadoras, uno de los cuales se encuentra en Penn State. Los investigadores utilizan esta red, conocido como LIGO Data Grid, para analizar los datos de ondas gravitacionales.

Penn State invirtió recientemente en una actualización de su parte de la cuadrícula de datos que cuadruplicará aproximadamente la capacidad del clúster para realizar investigaciones de vanguardia en astronomía y astrofísica. El nuevo clúster, 192 servidores trabajando en tándem, es administrado por el Institute for CyberScience (ICS). Bangalore Sathyaprakash, profesor de astronomía y astrofísica y profesor de Física Elsbach; y Chad Hanna, profesor asociado de física y astronomía y astrofísica, y miembro de la facultad cocontratado por ICS, son los investigadores principales que utilizarán el nuevo sistema con su equipo de investigación y colaboradores.

Acelerar la investigación de profesores y estudiantes

"En Penn State estamos involucrados en todos los aspectos de la astronomía de ondas gravitacionales, que usamos para aprender sobre el universo, "dijo Sathyaprakash." Hasta el descubrimiento de las ondas gravitacionales, la única forma en que podíamos observar el universo era usando luz, ondas de radio o rayos gamma, que pertenecen todos al espectro electromagnético. Las ondas gravitacionales nos permiten crear una imagen complementaria del universo y revelar procesos y fenómenos que de otro modo no se revelarían mediante la observación electromagnética ".

El nuevo grupo aumentará enormemente la velocidad a la que los investigadores pueden completar el análisis, según Chad Hanna. Él y sus colegas terminaron recientemente el primer estudio que utilizó datos alojados en el clúster LIGO de Penn State. El equipo diseñó un experimento para cuantificar el número de agujeros negros binarios en el universo que tienen menos masa que el Sol. lo que puede tener implicaciones para la cantidad de materia oscura en el universo.

"Nuestro primer estudio que utilizó únicamente el clúster LIGO de Penn State tomó 12 semanas, ", dijo Hanna." Si tuviéramos que completar esa misma investigación sobre el clúster actualizado hoy, sólo tomaría tres semanas ".

La actualización aumenta el clúster de 1, 152 núcleos de cálculo a 4, 608 núcleos, lo que permitirá que más investigadores utilicen el sistema simultáneamente. Para referencia, esto es aproximadamente equivalente a más de 1, 000 computadoras de escritorio trabajando al unísono.

"Estoy muy entusiasmado con las máquinas adicionales, "dijo Ryan Magee, estudiante de posgrado en física. "Permite que se ejecuten varios análisis a la vez sin muchos cuellos de botella".

Magee planea usar el cúmulo para buscar objetos compactos de masa sub-solar en el universo, él dijo, porque "no son producidos por mecanismos estelares, por lo que sería un indicio de nueva física ".

Los investigadores de todos los niveles utilizarán el nuevo recurso, incluidos estudiantes de pregrado como Phoebe McClincy, un estudiante de segundo año que estudia astronomía y astrofísica, y un Millennium Scholar. McClincy fue expuesto por primera vez a la investigación de ondas gravitacionales cuando era un estudiante de secundaria que asistía a un campamento de verano de Penn State dirigido por Hanna.

"Durante ese campamento de verano tuve la oportunidad de visitar el clúster, y recuerdo que pensé que era genial y fascinante ver el otro lado de la computadora, "dijo McClincy, ahora miembro del equipo de investigación de Hanna. "Siempre pensé que una tecnología como esta es increíble, así que no puedo esperar a ver qué se puede hacer ahora que será aún más avanzado ".

Creación de capacidad para futuros descubrimientos de LIGO

La primera iteración de los observatorios de LIGO recopiló datos de 2002 a 2010, pero no detectó ondas gravitacionales. Actualizar los observatorios a su estado actual, conocido como Advanced LIGO, aumentaron en gran medida sus capacidades de detección, y, como resultado, el sistema ha detectado seis eventos de ondas gravitacionales desde 2016.

Sathyaprakash dijo que hay planes para continuar mejorando las capacidades de detección de los observatorios de ondas gravitacionales. lo que planteará tanto oportunidades como desafíos para los investigadores.

"Cuando el LIGO avanzado alcanza su sensibilidad de diseño, Observaremos colisiones binarias de agujeros negros hasta decenas de miles de millones de años luz y fusiones de estrellas de neutrones binarias a miles de millones de años luz de distancia. Con la construcción en la década de 2030 de nuevos detectores 10 veces más sensibles que los actuales, podremos observar todo el universo en ondas gravitacionales para agujeros negros y la mayor parte del universo para estrellas de neutrones, " él dijo.

Viniendo con eso, serán desafíos en la recolección, almacenar y analizar grandes cantidades de datos. Se han tardado entre uno y tres meses en analizar cada onda gravitacional detectada hasta la fecha.

"Con Advanced LIGO esperamos observar un evento todos los días o cada dos días, esto ofrecerá un gran desafío computacional, y así todo ayuda ", dijo." Con este nuevo grupo LIGO, lo que hemos hecho es asegurar suficientes recursos para ser completamente independientes al realizar nuestros análisis. ICS y Penn State están habilitando esta ciencia desafiante. Sin este nuevo clúster, estaríamos muy obstaculizados para hacer la ciencia que queremos hacer ".