2016年，一个国际科学家团队发现了确凿的证据——空间中被称为引力波的微小波纹——来支持爱因斯坦广义相对论中最后一个未经检验的预测。该团队使用了激光干涉仪引力波天文台(LIGO)，该天文台已经有了几个引力波的发现。每一个发现都有可能，部分原因在于超级计算机集群的全球网络，其中一个位于宾夕法尼亚州立大学。研究人员使用这个被称为LIGO数据网格的网络来分析引力波数据。
宾夕法尼亚州立大学最近投资升级了数据网格的一部分，这将使该集群进行前沿天文学和天体物理学研究的能力增加大约四倍。新的集群由192台服务器串联工作，由网络科学研究所(ICS)管理。天文学和天体物理学教授、Elsbach物理学教授Bangalore Sathyaprakash;物理学、天文学和天体物理学副教授查德·汉纳(Chad Hanna)和ICS联合聘用的教员是将与他们的研究团队和合作者一起使用新系统的主要研究人员。
加快教师和学生的研究
Sathyaprakash说:“在宾夕法尼亚州立大学，我们参与了引力波天文学的各个方面，我们用它来了解宇宙。”直到发现引力波在美国，我们观测宇宙的唯一方法是使用光、无线电波或伽马射线，这些都属于电磁波谱。引力波让我们能够创造出一幅互补的宇宙图景，揭示出电磁观测无法揭示的过程和现象。”
Chad Hanna说，新的集群将大大提高研究人员完成分析的速度。他和同事们最近完成了第一项研究，该研究使用了宾夕法尼亚州立大学LIGO星系团中的数据。该团队设计了一个实验来量化宇宙中质量小于太阳的双黑洞的数量，这可能会对宇宙中暗物质的数量产生影响。
汉娜说:“我们的第一项研究只使用了宾夕法尼亚州立大学的LIGO星系团，耗时12周。”“如果我们今天对升级后的集群完成同样的调查，只需要三个星期。”
这次升级将集群的计算核从1152个提升到4608个，这将允许更多的研究人员同时使用该系统。作为参考，这大致相当于1000多台台式电脑同时工作。
物理学研究生瑞安·马吉(Ryan Magee)说:“我最兴奋的是这些额外的机器。”“它允许同时进行多个分析，不会产生太多瓶颈。”
Magee计划利用该星系团在宇宙中寻找亚太阳质量致密的物体，他说，因为“它们不是由恒星机制产生的，所以这将是新物理学的暗示。”
各个层次的研究人员都将使用这一新资源，其中包括攻读天文学和天体物理学的大二学生菲比·麦克西(Phoebe McClincy)和“千年学者”。麦克西第一次接触引力波研究是在高中参加汉娜领导的宾夕法尼亚州立大学夏令营时。
“在那个夏令营期间，我得到了参观集群的机会，我记得当时我觉得看到计算机的另一面真的很酷，很迷人，”麦克伦西说，他现在是汉娜研究团队的一员。“我一直认为这样的技术是惊人的，所以我迫不及待地想看看现在可以做什么，因为它将会更加先进。”
为未来的LIGO发现建立能力
LIGO的第一批天文台收集了2002年至2010年的数据，但没有探测到任何引力波。将这些天文台升级到目前的状态，即先进的LIGO，极大地提高了它们的探测能力，因此，自2016年以来，该系统已经探测到6次引力波事件。
Sathyaprakash说，计划继续增强引力波天文台的探测能力，这将给研究人员带来机遇和挑战。
“当先进的LIGO达到设计灵敏度时，我们将观察到数百亿光年外的双黑洞碰撞和数十亿光年外的双中子星合并。随着21世纪30年代新探测器的建造，其灵敏度将是现有探测器的10倍，我们将能够通过引力波观测整个宇宙的黑洞，以及大部分宇宙的中子星，”他说。
随之而来的将是收集、存储和分析大量数据的挑战。分析到目前为止探测到的每个引力波需要一到三个月的时间。
他说:“有了先进的LIGO，我们预计每天或每隔一天观测一个事件，这将提供巨大的计算挑战，所以每一点都有帮助。”“有了这个新的LIGO集群，我们所做的是确保足够的资源，在进行分析时完全独立。ICS和宾夕法尼亚州立大学正在支持这项具有挑战性的科学。如果没有这个新的集群，我们想做的科学研究将受到非常严重的阻碍。”
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