Ίσως έχουμε λάβει ήδη εξωγήινα σήματα, αλλά δεν το έχουμε καταλάβει

Σύνοψη

• Νέα μελέτη του Ινστιτούτου SETI αναδεικνύει την αστρική δραστηριότητα ως πιθανή αιτία αδυναμίας εντοπισμού εξωγήινων εκπομπών.
• Οι αστρικοί άνεμοι και το πλάσμα (διαστημικός καιρός) διαχέουν τα υπερ-στενά ραδιοσήματα σε ευρύτερες συχνότητες.
• Τα παραδοσιακά πρωτόκολλα των ραδιοτηλεσκοπίων είναι ρυθμισμένα να αναζητούν αποκλειστικά εξαιρετικά στενές συχνότητες, με αποτέλεσμα να απορρίπτουν τα αλλοιωμένα σήματα ως φυσικό θόρυβο.
• Το φαινόμενο της σκέδασης είναι εντονότερο στα άστρα τύπου M-dwarf (ερυθροί νάνοι), τα οποία αποτελούν το 75% του Γαλαξία.
• Οι αστρονόμοι προτείνουν ριζική αλλαγή των αλγορίθμων ανίχνευσης και στροφή σε παρατηρήσεις πολύ υψηλότερων συχνοτήτων.

Επί δεκαετίες, η αναζήτηση εξωγήινης νοημοσύνης (SETI) βασιζόταν σε μια θεμελιώδη υπολογιστική αρχή: ένας προηγμένος τεχνολογικά πολιτισμός θα εξέπεμπε ραδιοσήματα εξαιρετικά στενού εύρους ζώνης (narrowband), σχεδιασμένα μαθηματικά ώστε να ξεχωρίζουν από τον αχαοτικό κοσμικό θόρυβο. Βάσει των νεότερων δεδομένων, αυτή η προσέγγιση ενδέχεται να είναι ο λόγος που οι προσπάθειες καταγράφουν μόνο απόλυτη ραδιοφωνική σιωπή. Μια νέα έρευνα από το Ινστιτούτο SETI υποδεικνύει ότι τα ίδια τα άστρα λειτουργούν ως τεράστιοι φυσικοί παρεμβολείς, αλλοιώνοντας την αρχική πληροφορία.

Πώς ο διαστημικός καιρός αλλοιώνει τα σήματα

Ο διαστημικός καιρός (αστρικοί άνεμοι, διακυμάνσεις πλάσματος, στεμματικές εκπομπές μάζας) παραμορφώνει τα ραδιοσήματα στην πηγή τους. Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα διαχέεται σε ευρύτερες συχνότητες πριν εγκαταλείψει το ηλιακό του σύστημα, ρίχνοντας την ένταση του κάτω από τα αυστηρά όρια ανίχνευσης των αλγορίθμων, οι οποίοι ψάχνουν αποκλειστικά για κορυφές υψηλής ενέργειας.

Οι επιστήμονες που ασχολούνται με την ανάλυση τεχνοϋπογραφών συνυπολόγιζαν πάντοτε τις παραμορφώσεις που υφίστανται τα ραδιοκύματα κατά τη διέλευσή τους από τον διαστρικό χώρο. Εντούτοις, η παρούσα μελέτη, με επικεφαλής τον Dr. Vishal Gajjar (Αστρονόμο στο SETI) και την ερευνήτρια Grayce C. Brown, στρέφει την προσοχή στο τι συμβαίνει στο εγγύς περιβάλλον του πομπού. Οι ταχύτατες μεταβολές στην πυκνότητα του πλάσματος εντός της αστρικής ατμόσφαιρας δρουν διαθλαστικά. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι ακόμη και αν μια διάταξη κεραιών μεταδώσει ένα τέλεια «αιχμηρό» σήμα, ο θόρυβος του ίδιου του μητρικού άστρου θα το αλλοιώσει γεωμετρικά πριν το σήμα προλάβει να φτάσει στο διαστρικό κενό. Οι κλασικές αναζητήσεις είναι αυστηρά βελτιστοποιημένες για να πιάνουν αυτές τις απόλυτες συχνοτικές κορυφές. Όταν η κορυφή «απλώνει» στον άξονα των συχνοτήτων, τα φίλτρα των ραδιοτηλεσκοπίων την απορρίπτουν.

Η φυσική της σκέδασης Exo-IPM (Exoplanetary Interplanetary Medium)

Η σκέδαση Exo-IPM αναφέρεται στην παραμόρφωση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων καθώς περνούν μέσα από το διαπλανητικό μέσο ενός εξωηλιακού συστήματος. Η έρευνα το χαρακτηρίζει ως τον “κρυφό θυρωρό”, ο οποίος επιτρέπει τη διέλευση μόνο στα σήματα που διαθέτουν επαρκώς μεγάλο εύρος ζώνης για να επιβιώσουν της πλάσμικής τύρβης.

Στη δημοσίευσή τους οι συγγραφείς εισάγουν τον όρο Exo-IPM Scattering. Για να τεκμηριώσουν το θεωρητικό τους μοντέλο, απέφυγαν τις υποθέσεις και στηρίχθηκαν σε εμπειρικά δεδομένα. Η ομάδα αξιοποίησε τις καταγεγραμμένες ραδιοφωνικές εκπομπές από διαστημικά σκάφη που ταξιδεύουν μέσα στο δικό μας Ηλιακό σύστημα. Μετρώντας την ακριβή παραμόρφωση που προκαλεί ο ηλιακός άνεμος στις τηλεπικοινωνίες των δικών μας σκαφών, κατάφεραν να βαθμονομήσουν τον αλγόριθμό τους. Στη συνέχεια, εξήγαγαν τις εξισώσεις για να αναπαραστήσουν συνθήκες που επικρατούν γύρω από διαφορετικούς τύπους άστρων, ποσοτικοποιώντας πλήρως τη μηχανική της σκέδασης.

Η γεωμετρία της παραμόρφωσης στους ερυθρούς νάνους

Τα άστρα νάνοι τύπου M αποτελούν το 75% των άστρων του Γαλαξία και χαρακτηρίζονται από ακραία μαγνητική και στεμματική δραστηριότητα. Λόγω αυτού του βίαιου διαστημικού καιρού, εγγυώνται σχεδόν τη μέγιστη δυνατή παραμόρφωση των εξωγήινων εκπομπών, καθιστώντας τα σήματα αόρατα στα υπάρχοντα πρωτόκολλα ανίχνευσης.

Το μαθηματικό πλαίσιο της μελέτης καταδεικνύει ότι δεν είναι όλα τα αστρικά συστήματα το ίδιο αφιλόξενα στις τηλεπικοινωνίες. Ωστόσο, η στατιστική δημιουργεί τεράστιο πρόβλημα: οι ερυθροί νάνοι είναι μακράν ο πιο διαδεδομένος τύπος άστρου στον Γαλαξία μας (Milky Way). Είναι μικρότερα και ψυχρότερα από τον Ήλιο, αλλά εξαιρετικά ασταθή, παράγοντας θηριώδεις εκλάμψεις. Εάν ένας εξωπλανήτης γύρω από έναν ερυθρό νάνο προσπαθήσει να μεταδώσει ένα σήμα τύπου narrowband, οι πιθανότητες να διατηρήσει το σήμα τη συνοχή του είναι μηδαμινές. Αυτό το δεδομένο αλλάζει ριζικά τα κριτήρια βάσει των οποίων επιλέγονται οι υποψήφιοι εξωπλανήτες από εγκαταστάσεις όπως το Allen Telescope Array (ATA).

Η αλλαγή στρατηγικής στα ραδιοτηλεσκόπια

Τα αναλυτικά συστήματα πρέπει να μετατοπίσουν την παρατήρηση σε υψηλότερες συχνότητες, οι οποίες επηρεάζονται λιγότερο από το πλάσμα. Παράλληλα, η ανάπτυξη εξελιγμένων αλγορίθμων που θα διατηρούν ευαισθησία σε ελαφρώς διευρυμένα (broadband) σήματα αποτελεί άμεση τεχνολογική προτεραιότητα.

Η συγκεκριμένη έρευνα χρηματοδοτήθηκε μέσω του προγράμματος STRIDE (Support Technology, Research, Innovation, Development, and Education) του Ινστιτούτου SETI. Ο σκοπός τέτοιων ερευνών είναι να προκαλούν την επανεξέταση του status quo. Μέχρι σήμερα, τα υπολογιστικά δίκτυα (pipelines) σάρωναν δισεκατομμύρια κανάλια και απέρριπταν οτιδήποτε δεν ανταποκρινόταν στο μοτίβο της οξύτατης συχνότητας. Οι νέες οδηγίες επιβάλλουν τον επανασχεδιασμό των φίλτρων, γεγονός που σημαίνει δραματική αύξηση της ανάγκης για επεξεργαστική ισχύ, καθώς πλέον τα δίκτυα θα αναζητούν την ύπαρξη μοτίβων (patterns) μέσα σε ένα γενικότερο “θόρυβο”.