8-wymiarowa przestrzeń, której należy szukać w poszukiwaniu obcego życia

Zdjęcie: Brett Ritchie | Unsplash

Paradoks Fermiego to kontrast między prawdopodobieństwem istnienia życia w innym miejscu we wszechświecie a brakiem dowodów na to.

To znacząca zagadka. Z jednej strony istnieje silne poczucie, że warunki na Ziemi, które doprowadziły do ​​powstania życia, nie mogą być wyjątkowe. To sprawia, że ​​wydaje się prawdopodobne, że życie musi być wspólne.

Ale z drugiej strony astronomowie przeszukali kosmiczny stog siana w poszukiwaniu igły, która przedstawiałaby oznaki inteligentnego życia gdzie indziej we wszechświecie i nie znaleźli niczego. W rezultacie wielu obserwatorów doszło do wniosku, że nie ma wyraźnych oznak.

Inni się z tym nie zgadzają. W 2010 roku astronom Jill Tarter wraz z kolegami argumentowała, że ​​obce radiolatarnie mogą być oczywiste i powszechne w naszej galaktyce, ale astronomowie nie będą wiedzieć, ponieważ ich poszukiwania nie zostały zakończone.

Te poszukiwania, powiedział Tarter i spółka, są jak przeszukiwanie szklanki wody morskiej w poszukiwaniu śladów ryb we wszystkich oceanach Ziemi.

To kolorowa metafora, ale biorąc pod uwagę znaczny wysiłek włożony w poszukiwanie inteligencji pozaziemskiej (SETI), jaka jest dokładna?

Dziś otrzymujemy odpowiedź dzięki pracy Jasona Wrighta i współpracowników z Pennsylvania State University. Ci faceci scharakteryzowali przestrzeń parametrów, której astronomowie potrzebują, aby szukać oznak obcego życia. Mówią, że ta przestrzeń jest tak rozległa, że ​​dotychczasowe poszukiwania SETI nie dały nic więcej niż tylko zarysowanie powierzchni.

Metoda Wrighta i spółki jest prosta. Zaczynają od stworzenia matematycznego modelu przestrzeni poszukiwań, którą astronomowie muszą zbadać, a następnie obliczają, jaki ułamek został zbadany do tej pory.

Rozwijamy metaforę wielowymiarowego „kosmicznego stogu siana” … w ilościowy, ośmiowymiarowy model i wykonujemy całkę analityczną, aby obliczyć ułamek tego stogu siana, który wspólnie zbadało kilka dużych programów radiowych SETI.

Ta przestrzeń parametrów jest ogromna. Odpowiednie wymiary obejmują trzy wymiary przestrzeni, zakres częstotliwości potencjalnych sygnałów, ich częstotliwość powtarzania, polaryzację i modulację, szerokość pasma transmisji oraz czułość wyszukiwania na tę przesyłaną moc.

Objętość trójwymiarowej przestrzeni, którą można przeszukać, to objętość wszechświata wyśrodkowanego na naszym Układzie Słonecznym na określoną odległość. Wright i współpracownicy definiują to jako 10 kiloparseków – około 30 000 lat świetlnych, czyli mniej więcej odległość do gromad kulistych krążących wokół galaktyki Drogi Mlecznej.

Większość radioteleskopów jest w stanie jednocześnie obserwować sygnały w obu polaryzacjach, ale w przeszłości nie zawsze tak było. Jest to więc wymiar, który ogranicza eksplorację przestrzeni parametrów.

Inne wymiary są trudne do scharakteryzowania. Na przykład częstotliwość powtarzania sygnału jest trudna do obsługi w modelu. Z ciągłymi sygnałami łatwo sobie poradzić, ale sygnały, które rzadko się powtarzają, są trudne. Jednym z istotnych przykładów jest słynny Wow! sygnał zarejestrowany w 1977 roku przez radioteleskop Big Ear Uniwersytetu Stanowego Ohio. Nazywa się to tak, ponieważ badacze opatrzyli dane adnotacjami, pisząc Wow! na marginesach.

Ale pomimo różnych prób, ten sygnał nigdy nie został ponownie zaobserwowany. Może to wynikać z tego, że jest to całkowicie fałszywe, ale może dlatego, że odsetek powtórzeń jest tak niski.

Zdefiniowanie rozmiaru tego kosmicznego stogu siana polega na zsumowaniu wszystkich tych przestrzeni. Jak ujął to Wright i współpracownicy: Objętość stogu siana jest wtedy określoną całką objętości w tej przestrzeni 8D, a przeszukany ułamek można obliczyć, biorąc pod uwagę funkcję czułości dla danego badania.

Rezultatem jest przestrzeń o naprawdę gigantycznych proporcjach. Prowadzi to do całkowitej objętości stogu siana 8D na poziomie 6,4 × 10116 m5Hz2 s/W, mówią Wright i spółka.

Ale ile z tego zbadali astronomowie? Wright i spółka twierdzą, że dotychczasowe wyszukiwania objęły zaledwie 5,8 x 10-18 tego tomu.

To mały ułamek. Ujmując to w kontekście pierwotnego porównania Tartera i innych, całkowita objętość oceanów na Ziemi wynosi 1,335 x 1021 litrów. Tak więc łączne dotychczasowe wyszukiwanie odpowiada przeszukaniu 7700 litrów wody morskiej. Ponieważ metr sześcienny to 1000 litrów, jest to mniej więcej rozmiar dużej wanny z hydromasażem.

To znacznie więcej niż oszacowanie kieliszka Tartera i innych, ale wciąż jest maleńkie w szerszym schemacie rzeczy. Nawet nasze większe oszacowanie podkreśla, jak niewiele poszukiwań faktycznie miało miejsce, mówią Wright i spółka.

To interesująca praca, ponieważ umieszcza poszukiwania pozaziemskiej inteligencji w kontekście. Zdjęcie firmy Wright i spółka nie sugeruje, że SETI zawiodło, ale że dopiero się zaczęło.

Oczywiście jest o wiele więcej do zrobienia, mimo że zadanie wydaje się bardziej zniechęcające niż kiedykolwiek. Jak ujął to Wright i spółka: Można mieć nadzieję, że kosmiczny stóg siana jest bogaty w igły.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1809.07252 : Ile zrobiono SETI? Znalezienie igieł w n-wymiarowym kosmicznym stogu siana

ukryć