Астрофизик предлагает новый гениальный способ поиска инопланетных мегаструктур
В 1960 году легендарный физик Фримен Дайсон опубликовал свою основополагающую статью «Поиск искусственных звездных источников инфракрасного излучения», в которой предположил, что могут существовать внеземные цивилизации, настолько развитые, что они могут строить мегаструктуры, достаточно большие, чтобы вместить свою родительскую звезду.
Он также указал, что эти «сферы Дайсона», как их стали называть, можно обнаружить по «отходному теплу», которое они излучают в средних инфракрасных длинах волн.
На это Сегодня инфракрасные сигнатуры считаются жизнеспособной техносигнатурой в Поисках внеземного разума (SETI).
Пока попытки обнаружить сферы Дайсона (и их вариации) по их сигнатурам «отходящего тепла» оказались тщетными. , что побудило некоторых ученых рекомендовать настроить параметры поиска.
В новой статье профессор астрономии и астрофизики Джейсон Т. Райт из Центра экзопланет и обитаемых миров и Центра внеземной разведки штата Пенсильвания (PSTI) рекомендует что исследователи SETI уточняют поиск, ища признаки активности. Другими словами, он рекомендует искать сферы Дайсона, исходя из того, для чего их можно использовать, а не просто по тепловым характеристикам.
Ключом к исследованию Райта является предел Ландсберга, термодинамическая концепция, которая представляет собой теоретический предел эффективности. для сбора солнечной радиации.
Это жизненно важно, поскольку первоначальное предложение Дайсона во многом основывалось на идее о том, что все живое использует градиенты свободной энергии, как фотосинтетические формы жизни, которые полагаются на него для производства газообразного кислорода и органических питательных веществ.
Он также утверждал, что технологически развитая жизнь может развиваться, чтобы использовать и использовать большее количество этой энергии. Однако у этой способности есть абсолютный предел: общая энергия, выделяемая звездой (видимый свет, инфракрасный, ультрафиолетовый и т. д.).
Поскольку энергия должна сохраняться, Фримен Дайсон полагал, что некоторая часть этой энергии должна быть выброшено из конструкции Дайсона в виде отходящего тепла. Используя достижения инфракрасной астрономии, развивавшейся во времена Дайсона области, астрономы теоретически могли измерить энергию, используемую развитой цивилизацией, ища это тепло.
На сегодняшний день проведено только три исследования всего неба в среднем инфракрасном диапазоне. были проведены, в том числе с помощью инфракрасного астрономического спутника (IRAS), Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) и AKARI.
«Традиционно мы ищем инфракрасное излучение звезд, чтобы увидеть, есть ли у них теплый орбитальный материал. от звездного света», — сообщил Райт Universe Today по электронной почте.
«Если это не тот тип звезды, вокруг которой обычно вращается вещество, то мы можем присмотреться повнимательнее, чтобы увидеть, похож ли этот материал на пыль или что-то еще».
Однако все попытки поиска были несколько затруднены из-за того, что не существует базовой теории того, как будет выглядеть отходящее тепло, поскольку свойства материалов сферы Дайсона остаются неизвестными.
Астрофизиками (включая самого Райта) было предложено несколько теоретических моделей того, как могут выглядеть их тепловые сигнатуры, но они были довольно простыми и основаны на многочисленных предположениях.
К ним относятся сферическая симметрия оболочки и ее орбитальное расстояние от звезды, но при этом невозможно предсказать типичные температуры, радиационные взаимодействия или оптическую толщину материала.
Это поднимает еще одну важную концепцию, которую рассматривал Райт, которая связано с назначением структуры Дайсона (какую «работу» она выполняет?), на основании чего можно сделать выводы о свойствах ее материала.
Дайсон признал, что улавливание энергии звезды было лишь одной из возможных мотиваций. для строительства такой мегаструктуры. Например, несколько исследователей SETI предположили, что структуру Дайсона можно использовать в качестве звездного двигателя, способного перемещать звезды (Двигатель Шкадова), или в качестве огромного суперкомпьютера (Мозг-матрешка).
Как и его тезка, Мозг-матрешка имеет вложенную структуру, в которой внутренний слой поглощает прямой солнечный свет, а внешние слои используют отходящее тепло внутреннего слоя для оптимизации эффективности вычислений.
Более того, Райт решил инженерные проблемы создания такого мозга. состав. В то время как Дайсон сосредоточил внимание на законах физики как на единственной основе существования мегаструктур, Райт также рассмотрел связанные с этим практические инженерные аспекты.
Исходя из этого, он предположил, что цивилизация может быть мотивирована постепенно строить части Сферы. постепенно увеличивать их обитаемый объем вокруг звезды.
Имея все это в виду, Райт применил термодинамику излучения к сферам Дайсона как вычислительным машинам и определил, каковы будут наблюдаемые последствия.
Он пришел к выводу, что в создании гнездовых оболочек практически нет преимуществ и что оптимальное использование массы будет способствовать меньшим и более горячим сферам Дайсона. Более того, он указал, что будут заметные различия между «полными» сферами Дайсона (полностью собранными вокруг звезды) и теми, которые все еще находятся в стадии разработки.
Как объяснил Райт:
«Вопреки ожиданиям некоторых авторов, что сферы Дайсона будут чрезвычайно большими и холодными, чтобы максимизировать их эффективность, я считаю, что для фиксированного баланса массы оптимальная конфигурация на самом деле — это очень маленькие горячие сферы, которые захватывают большую часть, но не всю свет, который ускользает. [Мы] могли бы расширить наши параметры поиска до температур значительно выше 300K (немного выше, чем на Земле), потому что работа по извлечению звездного света более эффективна ближе к звезде, где все горячее.»
blockquote>
Эти результаты могут помочь в будущих поисках структур Дайсона, которые, к сожалению, на данный момент ограничены.
Заметным исключением является работа доктора философии по астрофизике. студент Матиас Суазо (Университет Упсаллы) и его коллеги из проекта «Гефест».
Суазо представил свою работу еще в июне в рамках 2-го ежегодного симпозиума SETI штата Пенсильвания, где он объяснил, как ученые проекта объединили данные из обсерватория Гайя ЕКА, двухмикронный обзор всего неба (2MASS) и широкоугольный инфракрасный обзор НАСА (WISE) для сужения поиска тепловых сигнатур, которые могут указывать на наличие мегаструктур.
Объединенные данные выявила около 5 миллионов возможных кандидатов в объеме диаметром около 1000 световых лет. После создания «наиболее подходящей» модели, основанной на профилях температуры и светимости, исключающей возможные естественные источники, Суазо и его команда отсеяли список до 20 жизнеспособных кандидатов.
Эти источники, скорее всего, станут объектом последующих наблюдений. телескопами нового поколения в ближайшем будущем. Тем временем поиск продолжается, и хотя он не дал окончательных доказательств существования мегаструктур, возможность остается.
Как известно, Дайсон сказал, обращаясь к возможным мотивам таких инженерных разработок: «Мое правило таково: нет ничего настолько большим и не настолько сумасшедшим, что одно из миллиона технологических обществ может не чувствовать себя обязанным это сделать, при условии, что это физически возможно».
Если бы только горстка развитых цивилизаций взялась за мегаинженерные проекты в нашей Галактика, рано или поздно мы их обнаружим!
Эта статья была первоначально опубликована в журнале Universe Today. Прочтите оригинал статьи.
