天文学家在 12 颗行星位于恒星前时扫描了它们以寻找外星人信号

TOI 1338 b 是一颗环绕双星的行星,围绕着它的两颗恒星运行。 它是由 TESS 发现的。 图片来源:NASA 戈达德太空飞行中心/Chris Smith

罗伯特·C·伯德格林班克望远镜 (GBT) 是西弗吉尼亚州格林班克天文台的一部分,是世界上首屈一指的单口径射电望远镜。 在其 100 米碟形天线(328 英尺)、畅通无阻的孔径和出色的表面精度之间,GBT 在毫米到米的波长范围内提供了前所未有的灵敏度——非常高到极高频率(VHF 到 EHF)。 2017年起,它也成为Breakthrough Listen和其他从事寻找外星智能(SETI)的机构使用的主要仪器之一。

最近,来自 SETI 研究所、Breakthrough Listen 和多所大学的国际研究人员团队扫描了十二颗系外行星以寻找技术活动的迹象(又名“技术签名”)。 他们的观察时间与行星相对于观察者从太阳前方经过(即凌日)相吻合。 虽然调查没有发现任何明确的技术签名证据,但他们确实确定了两个值得后续观察的感兴趣的无线电信号。 这项新技术可以极大地扩展 SETI 的领域,并为未来的研究创造各种机会。

该团队由 SETI 研究所和伯克利 SETI 研究中心 (UC Berkeley) 的研究生 Sofia Z. Sheikh 以及宾夕法尼亚州立大学外星智能中心 (PSETIC) 运行的研究生 SETI 项目的其他成员领导。 来自 Breakthrough Listen、系外行星和宜居世界中心 (CEHW)、国际射电天文研究中心 (ICRAR) 以及多所大学和研究机构的团队加入了他们的行列。 详细介绍他们研究的论文计划发表在《天文学杂志》上。

自 1961 年进行第一次调查以来,寻找无线电信号一直是 SETI 的既定惯例。这就是奥兹玛计划,由已故的康奈尔大学天体物理学家弗兰克德雷克领导,德雷克方程就是以他的名字命名的。 近年来,SETI 的领域有了很大的扩展,下一代射电望远镜和新的数据分析技术(其中许多结合了机器学习)已经可用。 研究人员可以寻找的技术特征也在不断扩大,建议范围从定向能和中微子到引力波。


先驱牌匾。 左上角的图表描绘了氢正在经历跃迁,导致波长为 21 厘米的无线电发射。 图片来源:美国宇航局

尽管如此,无线电传输仍然是最受追捧的技术特征,并且由于新开发的硬件和尖端计算技术,无线电调查呈指数级发展。 正如 Sheikh 通过电子邮件告诉 Universe Today 的那样:

“传统的射电 SETI 正在呈指数级增长,新的资金来源和新的射电望远镜即将上天(用于 example,MeerKAT),”她说。“此外,许多新科学家正在涉足该领域,包括其他子领域的学生和专家,他们正在将他们的技能应用于技术签名挑战。 在这样一个充满活力的时刻成为 SETI 的一员真是令人兴奋!”

然而,寻找人工无线电信号的证据仍然令人望而生畏,需要强大的阵列、相当长的观察时间以及研究团队的巨大投入和耐心。 此外,SETI 研究人员越来越担心大部分搜​​索空间(不仅是物理空间,还有可能的技术签名类型)仍未探索。 根据 Sheikh 和她的团队的说法,这创造了安装新项目的机会,这些项目可以填补“参数空间”的未开发区域:

“SETI 的经典问题是‘大海捞针’问题——即使有人尽最大努力引起我们的注意,空间很大,而且信息可以采用多种形式(即使你只是限制无线电频谱的可能性空间或参数空间)。因此,如果我们试图找出比任何随机点更可能是消息位置的特殊地点、时间或频率,这将很有帮助。”

天文学家在 12 颗行星位于恒星前时扫描了它们以寻找外星人信号
艺术家对 TRAPPIST-1 系统的印象,显示其七颗行星中的两颗在恒星前方凌日。 图片来源:美国宇航局

这些被称为“谢林点”,这是博弈论中的一个概念,在这种情况下,两个或更多人在默认情况下并且在没有沟通的情况下得出相同的解决方案。 例子包括像银河中心这样的地方,一些 SETI 研究人员认为最有可能发现文明的地方,或者像 1420 MHz 这样的频率。 也称为“氢”或“21 厘米线”。 该频率对应于中性氢能态的变化。 这个频率的无线电波被 SETI 研究人员认为是有利的,因为它们可以穿透星际介质 (ISM) 中的大片尘埃云。

在他们的研究中,Sheikh 和她的同事查阅了开普勒太空望远镜识别出的 12 颗系外行星的数据。 这些行星是使用凌日光度法(又名凌日光度法)检测到的,其中恒星光度的周期性下降用于确认系外行星的存在并限制它们的大小和轨道周期。 GBT 在这些开普勒系外行星于 2018 年 3 月 25 日凌日它们各自的恒星时收集了它们的数据。目的是查看无线电传输是否与这些凌日同时发生,这是先进文明试图进行交流的必然标志。

“对于这个特定的项目,我们使用行星凌日的中心作为谢林点。换句话说,我们安排了观测时间,使感兴趣的系外行星与其主星和太阳系排成一行。那是我们的时间知道(通过观察行星经过其恒星前方时亮度的下降),系外行星上任何潜在生命也将知道这一时间——因此,它是‘相互推导的’,”Sheikh 说。

虽然传输恒定消息非常耗能,但这种方法将传输范围缩小到特定的相互可推导的窗口。 这大大降低了向太空发送信息的成本,同时显着增加了检测信息的几率。 Sheikh 和她的同事是第一个在无线电技术签名搜索中使用这种技术的人。 虽然他们没有检测到任何技术签名,但他们的开创性研究已经建立了一个程序,可以使类似的调查在未来更容易进行。

“这是对凌日作为谢林点想法的试点研究,未来的研究将扩大样本以包括更多的系外行星,”她总结道。 “这与即将到来的共生项目特别相关,例如 ngVLA 上的 COSMIC,它几乎会不断地测量天空——在途中有如此多的新数据,确切地知道何时何地查看将帮助我们优先考虑潜在的真实信号而不是不断增长的信号。来自地球的射频干扰背景。”