世界上最大的射电望远镜FAST刚刚扫描了33颗系外行星 寻找外星人的信号

世界上最大的射电望远镜FAST刚刚扫描了33颗系外行星 寻找外星人的信号

500米口径球面望远镜(FAST)刚刚在西南省份贵州完成建造。Credit: FAST

(神秘的地球uux.cn)据美国物理学家组织网(by Matt Williams, Universe Today):位于中国的500米口径球面望远镜(FAST)是目前世界上最大、最复杂的射电天文台。虽然它的主要目的是进行大规模的中性氢调查(宇宙中最常见的元素),研究脉冲星和探测快速射电爆发(FRB),但科学家们已经计划在寻找外星智能(SETI)中使用该阵列。这个研究领域的一个组成部分是寻找技术特征,这是表明先进文明存在的技术活动的标志。

虽然自20世纪60年代第一次调查开始以来,已经提出了许多潜在的技术签名,但无线电传输仍然被认为是最有可能的,并且仍然是研究最多的。在最近的一次调查中,一个SETI研究人员的国际团队使用一种新方法对33个系外行星系统进行了有针对性的搜索,他们称之为“MBCM盲搜索模式”虽然研究小组利用这种模式探测到了两种“特殊信号”,但他们排除了它们是来自高级物种的传输的想法。然而,他们的调查证明了这种新的盲模式的有效性,并可能在未来产生似乎合理的候选信号。

这项调查是由代表FAST collaboration、Breakthrough Listen和多个大学和研究所的研究人员进行的。这包括北京师范大学天文学和天体物理学前沿研究所、北京科学技术研究院、加州大学伯克利分校空间科学实验室、德州大学天文科学研究所、齐鲁师范大学物理和电子工程学院以及格拉斯哥大学。描述他们工作的论文已经被《天体物理学杂志》接受发表。

第一个SETI实验(Ozma计划)发生在1960年,由弗兰克·德雷克教授指导,德雷克方程就是以他的名字命名的。从那时起,大多数SETI实验都在寻找无线电通信作为技术特征,因为它们在星际空间传播的有效性。最早的实验在特定的频率上进行搜索,像中性氢(21厘米)和羟基(18厘米)的吸收线,对应于1.4和1.6千兆赫(GHz)的无线电频率。

但是随着技术的进步,SETI系统的可用带宽已经扩展到了几十GHz的范围。此外,SETI调查已经开始依赖一种称为多波束符合匹配(MBCM)的策略来处理RFI并将其从信号噪声中过滤出来。Vishal Gajjar博士是加州大学伯克利分校SETI研究所的研究员,也是这项研究的合著者,他通过电子邮件向《今日宇宙》解释道:

“单碟射电望远镜观察天空的一小部分,称为光束,大约是一臂长的铅笔尖大小。尽管这些望远镜很精确,但它们经常会受到附近陆地来源的干扰。为了克服这个问题,一些望远镜配备了多个光束,允许它们同时观察天空中的几个小区域。通过同时在所有波束中搜索感兴趣的信号,我们可以确定信号是否真正来自天空中的某个源,或者它是否是干扰的结果。当在多个波束中检测到信号时,很可能是地面干扰。”

根据Gajjar的说法,MCBM被认为优于传统方法有三个主要原因。其中包括:

1.更高的准确性和稳健性:MBCM可以消除由地面干扰引起的假阳性检测,从而产生更准确的结果。MBCM不易受陆地来源的干扰,因此比传统方法更稳定可靠。

2.处理速度更快:MBCM可以实时执行,比需要后处理的传统方法更快。

3.扩大覆盖范围:MBCM通过使用多波束提供更大的视野,比单波束提供更大的覆盖范围。

世界上最大的射电望远镜FAST刚刚扫描了33颗系外行星 寻找外星人的信号

艺术家对快速射电爆发(FRB)的印象。Credit: Danielle Futselaar

这第三个优势对于Gajjar博士和国际团队的工作是不可或缺的。FAST望远镜是世界上最大的射电阵列,配备了19束接收器,允许天文学家同时观察天空中的19个不同位置。当与FAST的仪器配合使用时,MCMB技术有效地消除了干扰源,确保了精确的观测。在他们的研究中,该团队使用传统的MBCM策略和一种新的搜索方法观察了33颗附近的系外行星,他们称之为“MBCM盲搜索模式”

正如他们在论文中指出的,盲搜索模式是受最近开发的用于研究FRB的多波束盲搜索模式的启发。基本思想是使用FAST的所有19个波束来搜索ETI信号,其中中心波束(波束1)跟踪目标,而其他波束作为参考波束。如果一个信号覆盖了不相邻的波束,超过四个相邻的波束,或者一条线上有三个或更多的波束,该小组将该信号归类为RFI。他们还发现了四种波束覆盖方式,可以显示无线电信号来自ETI。

如下图所示,这些包括FAST的19个梁中的任何一个,两个相邻的梁(图1a),三个相邻的梁形成一个等边三角形(图1b),四个相邻的梁形成一个紧凑的菱形(图1c)。任何不符合这四个类别的波束覆盖安排(如图表第二行中的三个示例)都被认为是假阳性并被拒绝。正如Gajjar所指出的,这篇论文建立在以前的工作基础上,他们用FAST对相同的33个系外行星系统进行了有针对性的观测:

“在这些观测中,我们将19波束接收器的中央波束瞄准每个单独的目标,并且只分析目标所在的中央波束的数据。如果检测到感兴趣的信号,我们会交叉检查其他波束的相同频率,以消除地面干扰。在本文中,我们通过在所有19个光束中盲目搜索信号来进行更全面的搜索,而不管视野中是否存在任何系外行星系统。这种方法允许我们进行不可知的搜索,而无需事先了解光束中存在的任何潜在目标。”

世界上最大的射电望远镜FAST刚刚扫描了33颗系外行星 寻找外星人的信号

MBCM盲搜索模式示意图。第一行显示了三个允许信号的例子,而最下面一行显示了三个禁止信号的例子。Credit: Luan, Xiao-Hang, et al. (2023)

在扫描了这33颗系外行星后,研究小组发现了两个相当不寻常和有趣的信号。正如Gajjar所述,虽然评估这些信号具有挑战性(因为它们只出现在一个波束中),但经过彻底检查后,他们确定它们只是RFI干扰:

“其中一个信号只出现在望远镜的两个偏振之一中。通常情况下,在较长的观察时间内,天空源在两种偏振态下显示出相似的强度,但第一个信号并非如此,因此很容易被忽略。第二个信号更有趣,因为它在两种偏振态下显示出相同的强度。经过更仔细的检查,我们发现第二个信号的频率非常接近已知的干扰源。”

在另一种情况下,对数据的进一步检查显示一个波束中的信号具有非常低的信噪比(STN)。该小组还拒绝了这一信号,因为它的行为类似于他们发现的其他RFI实例。虽然没有检测到明确的技术特征,但这项调查是非常宝贵的,因为它测试了团队的静默模式技术。更重要的是,这两个被识别的信号是后续观察的合适目标,这些观察可能在未来几年由Breakthrough Listen(有史以来最大的SETI努力)进行。

“这是SETI领域的突破性进展,”Gajjar说。“在SETI中,这项技术首次被部署。这种独特的技术可能是有用的,因为它减少了假阳性的数量,允许更有效地搜索来自外星文明的信号。通过减少干扰量,多波束符合抑制提高了搜索的灵敏度,并使其更容易检测到可能被忽略的微弱信号。”




上一篇 下一篇 TAG: 射电望远镜 外星人 系外行星