На протяжении десятилетий учёные, участвующие в проекте поиска внеземного разума (SETI), исследовали галактику, пытаясь найти признаки наличия искусственных радиопередач. Начиная с проекта Ozma в 1960 году, астрономы использовали радиоантенны для прослушивания возможных передач из других звёздных систем или галактик. Кульминацией этих усилий стал запущенный в январе 2016 года проект Breakthrough Listen, самый комплексный проект SETI на сегодняшний день. Этот проект объединяет наблюдения радиоволн из обсерваторий Грин-Бэнк и Паркс, а также наблюдения в видимом свете из Automated Planet Finder (APF).
Результаты исследований Breakthrough Listen были опубликованы в серии открытых релизов. В последней серии под названием «Искусственные радиопередачи как галактические популяции», автором которой является Брайан К. Лаки, исследуется возможность того, что галактики, яркие в радиоспектре (также известные как «радиояркие» галактики), могут быть заполнены развитыми цивилизациями. В последней статье рассматривается, как будущие исследования SETI могут обнаруживать радиопередачи индивидуально или коллективно, и устанавливаются ограничения на популяцию галактик, испускающих радиоволны искусственного происхождения, с использованием обеих методологий.
Брайан К. Лаки —астроном-теоретик из Breakthrough Listen Initiative и стипендиат Jansky Fellow в Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO). Статья является третьей в серии, посвящённой изучению последних данных, предоставленных обсерваториями, связанными с инициативой. Статья, описывающая выводы Лаки, недавно была представлена для публикации в журнале Publications of the Astronomical Society of the Pacific.
Эта статья является третьей в серии, посвящённой техносигнатурам всего населения внеземных цивилизаций, а не отдельных цивилизаций, связанных с одной звездой. Как объяснил Лаки, серия была частично мотивирована идеей о том, что внеземные цивилизации могут полагаться на самовоспроизводящиеся зонды (зонды фон Неймана) для исследования и заселения территорий за пределами своих звёздных систем. Эта теория лежит в основе «парадокса Ферми», который предполагает, что этот метод является наиболее вероятным способом, с помощью которого развитые цивилизации станут межзвёздными и (возможно) галактическими. В первой статье представлена теория и математическая основа для расчётов, проведённых во второй и третьей статьях.
Во второй статье Лаки исследует, что происходит, когда в одной галактике существует несколько цивилизаций, осуществляющих радиопередачи, и применяет это понимание к Млечному Пути, Андромеде (M31) и Мессье 59 (NGC 4621). В последней статье исследуются потенциальные признаки своего существования, которые популяция развитых цивилизаций могла бы оставить в галактиках по всей Вселенной. «Если подмножество таких популяций будет выдавать много радиопередач, они будут выглядеть радиояркими, — сказал Лаки. — Поскольку мы знаем, сколько галактик есть на каждом уровне яркости, мы можем установить верхние пределы количества этих „искусственных радиогалактик“».
Известно, что галактики производят радиоволны в рамках своего естественного излучения. Этим занимается и Стрелец A*, сверхмассивная чёрная дыра (СМЧД) в центре нашей галактики. В 1970-х годах учёные обнаружили, что яркое радиоизлучение в центре нашей галактики вызвано чрезвычайно компактным объектом, встроенным в более крупный радиоисточник. С тех пор астрономы установили, что СМЧД находятся в центре каждой массивной галактики и ответственны за активные галактические ядра (АГЯ) — явление, при котором центральная область галактики временно затмевает все звёзды в галактическом диске.
Однако искусственные радиопередачи поначалу будут неотличимы от естественных источников, и галактика, содержащая несколько цивилизаций, которые полагаются на радиотехнологии, естественно будет казаться ярче. Кроме того, многие передающие цивилизации могут пересекаться, что значительно затрудняет идентификацию отдельного источника. Однако также возможно обнаружить коллективное свечение этих объединённых передач. Лаки говорит:
Проблема заключается в том, что по яркости радиоизлучения невозможно определить, является ли оно естественным или искусственным (и мы предполагаем, что почти во всех случаях, если не во всех, оно является естественным). Для отдельной галактики всё, что можно сделать, — это установить верхний предел на основе общего радиоизлучения, который я называю «коллективным пределом». Если вы применяете коллективную границу к отдельной галактике, вам на самом деле нужно искать галактики, которые как можно слабее светятся в радиодиапазоне, но при этом имеют большое количество звёзд. Но в этой статье мы рассматриваем все галактики во Вселенной, и оказывается, что галактики с ярким радиоизлучением довольно редки, поэтому можно установить верхний предел на долю галактик, которые выдают очень много радиопередач.
Чтобы установить ограничения на количество возможных внеземных цивилизаций в радиогалактиках, Лаки использовал небольшой набор моделей, которые проверяли влияние различных базовых предположений. Каждая модель учитывала природу «метаобщества» (экспансивного или «галактического центра») и вовлечённых обществ (диффузных или дискретных), эволюцию их передач, распределение их светимости, устанавливала границы используемых радиочастот и широкий степенной закон. Они были сопоставлены с базовым набором, описывающим сценарий, в котором каждая галактика имеет одно метаобщество, передачи не эволюционируют и все имеют одинаковую светимость.
На основе этих моделей Лаки определил, что количество цивилизаций, охватывающих галактики целиком (тип III по шкале Кардашёва), которые выдают радиосигналы, составляет более одной на 1017 звёзд и одну на миллион крупных галактик. Как он подробно описал:
Конечно, возможно, что в каждой галактике на каком-то уровне есть искусственные радиопередатчики. Мы даже не знаем, есть ли в Млечном Пути радиовещающие внеземные цивилизации, поэтому мы проводим исследования SETI в нашей собственной галактике. Мы можем сделать выводы о том, сколько энергии внеземные цивилизации могут вкладывать в радиовещание, и для этого может быть полезно использовать шкалу Кардашёва: общество типа I использует энергию, доступную планете; общество типа II использует энергию, доступную звезде; общество типа III использует энергию, доступную галактике. Кардашёв первоначально предложил использовать эту шкалу для измерения количества энергии, затрачиваемой на вещание.
Моя работа показывает, что общества III типа в этом первоначальном смысле — внеземные цивилизации, вся светимость галактики которых идёт в радиодиапазоне — очень редки. Менее 1 из 100 000 галактик размером с Млечный Путь может быть домом для такой цивилизации, и это, по-видимому, достоверный результат, независимо от того, вкладывается ли энергия в одну-единственную радиопередачу или распределяется между миллиардами. И максимум примерно 1 из 100 крупных галактик может содержать цивилизацию типа 2,75 по шкале Кардашёва, причём внеземные цивилизации излучают примерно 1/300 светимости галактики в радиодиапазоне.
В этом отношении Лаки сравнивает поиск цивилизаций в радиоярких галактиках с исследованиями GHAT и другими поисками сфер Дайсона. Эти исследования направлены на поиск источников избыточного инфракрасного излучения, которое (теоретически) может быть вызвано теплом, излучаемым в космос оболочкой Дайсона. Точно так же астрономы могли бы искать галактики со «слишком большим» инфракрасным излучением, хотя это создало бы аналогичные проблемы. Как исследования SETI будут различать искусственные и естественные источники инфракрасного излучения?
По словам Лаки, существует описанный им коллективный метод, а другой метод заключается в поиске отдельных радиопередач, которые могут выделяться в радиоспектре галактики:
В последние несколько лет различные исследователи устанавливают верхние пределы радиопередач в других галактиках, ища те, которые случайно находятся рядом со звёздами, которые мы наблюдаем в SETI и которые могут быть уловлены по счастливой случайности. Это по-прежнему важная стратегия, и вам нужно будет осмотреть как можно большую часть неба, как можно глубже, на как можно большем количестве частот.
Вы также можете напрямую нацеливаться на ближайшие галактики, и в последние годы это делается всё чаще. Для этого коллективного метода, использующего радиообзоры для ограничения доли «искусственных радиогалактик», мы уже в основном знаем, сколько галактик есть при каждой яркости в радиодиапазоне («подсчёт источников»). Что вы можете сделать, так это применить этот метод к другим частотам и установить ограничения на количество внеземных цивилизаций, которые вещают на этих частотах.
В последние годы исследователи SETI стремятся расширить список потенциальных техносигнатур, которые могут быть обнаружены в ходе будущих исследований. Лаки добавил, что эти же исследования могут также искать техносигнатуры за пределами радиочастот, такие как рентгеновские лучи, гамма-лучи и другие передачи вне радио и оптических диапазонов. Фактически, он рекомендует использовать эти исследования в качестве хорошей отправной точки для новых исследований SETI, выходящих за пределы радиодиапазона.
