Kommunikation över interstellära avstånd kan dra fördel av en stjärnas förmåga att fokusera och förstora kommunikationssignaler genom en effekt som kallas gravitationslinsning. En signal från – eller passerar genom – en reläsond skulle böjas på grund av gravitationen när den passerar stjärnan. Det skeva utrymmet runt objektet fungerar ungefär som en lins på ett teleskop, fokuserar och förstorar ljuset. En ny studie av forskare vid Penn State undersökte vårt solsystem för kommunikationssignaler som kan utnyttja vår egen sol. Kredit:Dani Zemba / Penn State
Kommunikation över det stora interstellära rymden skulle kunna förbättras genom att dra fördel av en stjärnas förmåga att fokusera och förstora kommunikationssignaler. Ett team av doktorander vid Penn State letar efter just den här typen av kommunikationssignaler som kan dra fördel av vår egen sol om sändningar passerade genom vårt solsystem.
En artikel som beskriver tekniken – utforskad som en del av en forskarutbildning i Penn State som täcker Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) – har godkänts för publicering i The Astronomical Journal och är tillgänglig på preprint-servern arXiv.
Massiva föremål som stjärnor och svarta hål får ljuset att böjas när det passerar förbi på grund av föremålets gravitationskraft, enligt Einsteins allmänna relativitetsteori. Det skeva utrymmet runt objektet fungerar ungefär som en lins på ett teleskop, och fokuserar och förstorar ljuset – en effekt som kallas gravitationslinsning.
"Astronomer har övervägt att dra fördel av gravitationslinser som ett sätt att i huvudsak bygga ett gigantiskt teleskop för att titta på planeter runt andra stjärnor", säger Jason Wright, professor i astronomi och astrofysik vid Penn State som undervisade i kursen och är chef för Penn State. Utomjordiskt underrättelsecenter. "Det har också ansetts vara ett sätt att människor kan kommunicera med våra egna sonder om vi någonsin skickade dem till en annan stjärna. Om en utomjordisk teknisk art skulle använda vår sol som en lins för interstellära kommunikationsansträngningar, borde vi kunna upptäcka dessa kommunikationer om vi letar på rätt ställe."
Eftersom kommunikation över interstellära avstånd skulle möta en mängd olika utmaningar relaterade till överföringskraft och trohet över så stora vidder, tror forskarna att alla kommunikationsinsatser sannolikt skulle involvera ett nätverk av sonder eller reläer, som mobiltelefontorn i rymden. I den här studien tittade de på en av våra närmaste stjärnor, som borde vara den närmaste noden i ett kommunikationsnätverk.
"Människor använder nätverk för att kommunicera över hela världen hela tiden", säger Nick Tusay, en doktorand i kursen som hjälpte till att leda projektet. "När du använder en mobiltelefon sänds de elektromagnetiska vågorna till närmaste mobiltorn, som ansluter till nästa torn och så vidare. TV-, radio- och internetsignaler drar också fördel av nätverkskommunikationssystem, som har många fördelar jämfört med punkt. -till-punkt-kommunikation. På en interstellär skala är det vettigt att använda stjärnor som linser, och vi kan sluta oss till var sonder skulle behöva placeras för att kunna använda dem."
I den här studien tittade forskarna mer än 550 gånger avståndet mellan jorden och solen mitt emot himlen från Alpha Centauri - de stjärnor som ligger närmast vårt eget system som kan vara den närmaste noden i ett kommunikationsnätverk - det är där en sond skulle vara placerad i vårt solsystem för att kunna använda solen som lins. Detta gjorde det möjligt för forskarna att potentiellt upptäcka radiosändningar som kan vara signaler som skickas direkt till jorden för att kommunicera med oss, signaler som skickas till andra sonder som utforskar solsystemet, eller kanske till och med signaler som skickas genom gravitationslinsen tillbaka till Alpha Centauri.
"Det har gjorts några tidigare sökningar med optiska våglängder, men vi valde att använda radiovåglängder, eftersom radio är ett utmärkt sätt att kommunicera information över rymden", säger Macy Huston, en doktorand i kursen som hjälpte till att leda projektet. "Vi inkluderade vad som kallas "vattenhål"-våglängderna, som ofta är i fokus för SETI-sökningar eftersom de skulle vara en idealisk del av radiospektrumet att kommunicera i och skulle kunna fungera som ett vattenhål på jorden, där många arter samlas. Dessa våglängder är i allmänhet fria från andra radiovågor som kommer från kosmiska objekt, så det är en ren del av spektrumet att kommunicera i."
Att undersöka dessa specifika våglängder gjorde det också möjligt för forskarna att maximera mängden data som de kunde samla in över himlen under ett kort tidsfönster. Studentforskarna samlade in data under en natt när de besökte Green Bank Telescope i West Virginia. Deras datainsamling och analys genomfördes i samarbete med Breakthrough Listen, ett program dedikerat till att hitta bevis på intelligent liv bortom jorden.
Eleverna upptäckte inga signaler i de våglängder som de undersökte som kan vara av utomjordiskt ursprung i området de observerade, vilket tyder på att signaler med dessa våglängder inte skickades mot jorden under det korta fönstret när de tittade.
"Vår sökning var begränsad till en natt, så allt som inte sändes medan vi observerade skulle inte kunna plockas upp", sa Tusay. "Även om vår begränsade sökning skulle kunna missa befintliga sonder om de inte ständigt sänder på dessa frekvenser, var detta ett bra test för att se om den här typen av sökning är möjlig."
Forskarna föreslår att en utvidgning av sin sökning till att omfatta ytterligare observationer, eller observationer riktade mot andra närliggande stjärnor eller andra frekvenser, fortfarande kan visa sig vara fruktbar. En av eleverna i klassen utforskar för närvarande arkivdata för att se om tidigare observationer av Breakthrough Listen har pekat på ytterligare områden som kan vara optimala för sonder som använder sig av gravitationslinseffekten.
"Linseffekten är inte den mest robusta vid dessa frekvenser, även om det fortfarande finns goda skäl till att dessa frekvenser kan användas", säger Huston. "Men vi tror att tekniken är bra och hoppas att studenter i kursen under kommande år kan utöka vårt sökande."
SETI-kursen på forskarnivå är en av bara två i världen – den andra vid University of California, Los Angeles – som uppmuntrar doktorander att genomföra ett radiobaserat SETI-forskningsprojekt och att publicera sina resultat i en vetenskaplig tidskrift.
"Denna forskarutbildning är centrum för Penn State Center for Extraterrestrial Intelligence," sa Wright. "Eleverna kommer från en mängd olika discipliner, inklusive astrobiologi, astronomi, kemi och geofysik. I år, eftersom det var en hybridklass, fick vi till och med en student från ett annat universitet att gå med oss. En av de snygga sakerna med den här klassen är att , eftersom SETI-fältet är så ungt, är det möjligt för studenter att göra en verklig insats och publicera forskning. Det är anmärkningsvärt."
Forskningen presenterades den 29 juni vid Penn States första SETI-symposium i State College, Pennsylvania. + Utforska vidare
