Галактики с мощным радиоизлучением могут быть домом для развитых цивилизаций

Фото из открытых источников

На протяжении десятилетий учёные, участвующие в проекте «Поиск внеземного разума» (SETI), исследовали галактику в поисках признаков искусственного радиоизлучения. Начиная с проекта «Озма» в 1960 году, астрономы использовали радиоантенны для прослушивания возможных сигналов от других звёздных систем или галактик. Эти усилия достигли кульминации в январе 2016 года с запуском проекта «Прорывное прослушивание» (Breakthrough Listen), самого полного проекта SETI на сегодняшний день. Этот проект объединяет радиоволновые наблюдения, проводимые обсерваториями Грин-Бэнк и Паркс, а также наблюдения в видимом свете с помощью автоматического планетного искателя (APF).

Результаты исследований Breakthrough Listen были опубликованы в серии публичных публикаций. Последняя из них, автором которой является Брайан К. Лаки, исследует возможность того, что галактики, яркие в радиоспектре (также известные как «радиояркие» галактики), могут быть признаком того, что такие галактики могут быть заполнены развитыми цивилизациями. В последней статье рассматривается, как будущие исследования SETI смогут обнаруживать радиопередачи по отдельности или в коллективе, и устанавливаются ограничения на популяцию искусственных радиогалактик с использованием обеих методологий.

Брайан К. Лаки — астроном-теоретик, работающий в рамках инициативы Breakthrough Listen Initiative, и стипендиат фонда Янски в Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO). Эта статья — третья в серии, посвященной исследованию последних данных, предоставленных обсерваториями, входящими в эту инициативу. Статья, описывающая результаты работы Лаки, недавно появилась в интернете и была направлена для публикации в издательство Publications of the Astronomical Society of the Pacific.

Эта статья – третья в серии, посвящённой техносигнатурам всей популяции внеземных цивилизаций, а не отдельных звёздных цивилизаций. Как пояснил Лаки, серия статей была отчасти мотивирована идеей о том, что внеземные цивилизации могут полагаться на самовоспроизводящиеся (фон-неймановские) зонды для исследования и заселения за пределами своих звёздных систем. Эта теория лежит в основе «парадокса Ферми», предполагающего, что именно этот метод является наиболее вероятным способом выхода развитых цивилизаций на межзвёздные и (возможно) галактические орбиты. В первой статье представлены теория и математическая основа для расчётов, проведённых во второй и третьей статьях.

Во второй статье Лаки исследует, что происходит, когда в одной галактике находится несколько цивилизаций, передающих сигналы, и применяет эти знания к Млечному Пути, Андромеде (M31) и Мессье 59 (NGC 4621). В последней статье рассматриваются потенциальные сигнатуры, которые популяция развитых цивилизаций могла бы оставить в галактиках по всей Вселенной. «Если у вас есть некая подгруппа, которая излучает много радиоволн, она будет казаться яркой в радиодиапазоне», — говорит Лаки. «Поскольку мы знаем, сколько галактик находится на каждом уровне потока, мы можем установить верхние пределы количества этих „искусственных радиогалактик“».

Известно, что галактики генерируют радиоволны в рамках своего естественного излучения. К ним относится 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, находящимся внутри более крупного источника радиоизлучения. С тех пор астрономы установили, что СМЧД находятся в центре каждой массивной галактики и ответственны за активные ядра галактик (АЯГ) – явление, при котором ядро галактики временно затмевает все звёзды галактического диска.

Однако искусственные радиопередачи изначально будут неотличимы от естественных источников, и галактика, содержащая несколько цивилизаций, использующих радиотехнологии, естественным образом будет казаться ярче. Кроме того, многие передающие цивилизации могут перекрывать друг друга, что значительно затрудняет определение одного источника. Однако также можно будет обнаружить коллективное свечение этих объединённых передач. Лаки сказал:

Проблема в том, что невозможно определить, является ли это излучение естественным или искусственным, просто зная его яркость в радиодиапазоне (а мы ожидаем, что оно естественно почти во всех, если не во всех, случаях). Для отдельной галактики всё, что можно сделать, — это установить верхний предел, основанный на общем радиоизлучении, который я называю «коллективным пределом». Применяя коллективный предел к отдельной галактике, вы на самом деле хотите искать галактики, которые максимально слабы в радиодиапазоне, но при этом содержат большое количество звёзд. Но в этой статье мы рассматриваем все галактики во Вселенной, и оказывается, что радиояркие галактики довольно редки, поэтому можно установить верхний предел для доли галактик, которые имеют очень много радиопередач.

Чтобы установить ограничения на количество возможных внеземных цивилизаций в радиогалактиках, Лэки использовал небольшой набор моделей, проверяющих влияние различных базовых предположений. Каждая модель учитывала природу «метаобщества» (экспансивное или «галактический центр») и участвующих обществ (диффузное или дискретное), эволюцию их передач, распределение их светимости, устанавливала ограничения на используемые радиочастоты и широкий степенной закон. Эти модели сочетались с базовым набором, описывающим сценарий, в котором в каждой галактике есть одно метаобщество, передачи не эволюционируют, и все имеют одинаковую светимость.

Основываясь на этих моделях, Лаки определил, что численность радиовещательных популяций цивилизаций, охватывающих всю галактику (тип Кардашёва III), составляет менее одной на 1017 звёзд и одной на миллион крупных галактик. Он пояснил: «Конечно, возможно, что в каждой галактике на каком-то уровне существуют искусственные радиопередатчики. Мы даже не знаем, есть ли в Млечном Пути внеземные цивилизации, передающие радиосигналы, поэтому мы проводим исследования SETI в нашей Галактике. Мы можем делать выводы о том, сколько энергии внеземные цивилизации могут выделять в радиопередачу, и для этого полезно использовать шкалу Кардашёва: общество I типа использует энергию, доступную планете; общество II типа использует энергию, доступную звезде; общество III типа использует энергию, доступную галактике. Кардашёв первоначально предложил использовать её для измерения количества энергии, передаваемой в радиопередачи.

Работа показывает, что объекты типа III в этом изначальном смысле — внеземные цивилизации, передающие в радиоволнах светимость всей галактики — встречаются очень редко. Менее чем в одной из 100 000 галактик размером с Млечный Путь может находиться такой объект, и это, по-видимому, является надёжным результатом, независимо от того, направляется ли мощность в один единственный поток или распределяется между миллиардом. И самое большее, примерно в одной из 100 крупных галактик может находиться объект типа Кардашёва 2.75, при этом внеземные цивилизации передают в радиоволнах около 1/300 светимости галактики».

В этом отношении Лаки сравнивает поиск цивилизаций в радиоярких галактиках с исследованиями GHAT и другими исследованиями сфер Дайсона. Эти исследования направлены на поиск источников избыточного инфракрасного излучения, которое (теоретически) может быть вызвано теплом, излучаемым в космос оболочкой Дайсона. Аналогичным образом астрономы могли бы искать галактики со «слишком большим» инфракрасным излучением, хотя это и создало бы схожие проблемы. Как исследования SETI могли бы различать искусственные и естественные источники инфракрасного излучения?

По словам Лаки, существует коллективный метод, который он описал, в то время как другой предполагает поиск отдельных радиопередач, которые могли бы выделяться в радиоспектре галактики:

В последние несколько лет различные исследователи пытались установить верхние пределы радиоизлучения в других галактиках, отслеживая те, которые случайно оказываются рядом со звёздами, наблюдаемыми в рамках проекта SETI, и могут быть пойманы по счастливой случайности. Это по-прежнему важная стратегия, и вам следует охватить как можно большую часть неба, как можно глубже и на как можно большем количестве частот.

Можно также напрямую нацеливаться на соседние галактики, и в последние годы это делается всё чаще. В рамках этого коллективного метода, использующего радиообзоры для ограничения доли «искусственных радиогалактик», мы уже в принципе знаем, сколько галактик находится на каждой яркости в радиодиапазоне («количество источников»). Можно применить этот метод к другим частотам и установить ограничения на количество внеземных цивилизаций, передающих сигналы на этих частотах.

В последние годы исследователи SETI стремились расширить список потенциальных техносигнатур, которые могли бы быть обнаружены в будущих исследованиях. Лаки добавил, что эти же исследования могут также охватывать поиск техносигнатур за пределами радиочастот, таких как рентгеновское излучение, гамма-излучение и другие нерадиочастотные, неоптические сигналы. Более того, он рекомендует рассматривать эти исследования как хорошую отправную точку для новых исследований SETI, охватывающих не только радиосферу.