变星可以告诉我们何时何地寻找外星人

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艺术家对盖亚飞船探测来自遥远星系的人造信号的印象。在这种同步方案中，恒星系统的居民在目睹超新星后不久就发送信号，地球上的望远镜也可以看到。鸣谢:丹妮尔·福瑟拉尔/突破聆听

据《今日宇宙》（马特·威廉姆斯）：欧洲航天局的盖亚天文台已经在日地L2拉格朗日点稳定运行了近十年。作为一项天体测量任务，Gaia旨在收集银河系和数以万计的邻近星系中恒星、系外行星和物体的位置、自行和速度数据。到其主要任务结束时(计划于2025年结束)，Gaia将观察到约10亿个天文物体，从而创建有史以来最精确的3D空间目录。

迄今为止，欧空局已经从盖亚任务中进行了三次数据发布，最近一次(DR3)于2022年6月发布。除了这些发布带来的突破，科学家们还发现了这些天体测量数据的其他应用。在最近的一项研究中，一组天文学家提出，来自Gaia Data Release 3的变星目录可以用来帮助寻找外星智能(SETI)。通过将对传输的搜索与显著事件(如超新星！)，科学家可以缩小对外星传输的搜索范围。

这项研究由耶鲁大学天文系的本科生安迪·尼里普尔领导。西雅图华盛顿大学的研究科学家詹姆斯R.A达文波特也加入了他的行列；加州大学伯克利分校射电天文实验室和SETI研究所的兼职高级天文学家Steve CroftAndrew Siemion，加州大学伯克利分校的Bernard M. Oliver Chair资格讲座，曼彻斯特大学的Jodrell Bank天体物理学中心(JBCA)，以及马耳他大学的空间科学和天文学研究所。

这项研究最近发表在天文学杂志(“盖亚·DR3的信号同步策略和时域SETI”)上，是Nilipour的第一项学术研究。正如他在接受耶鲁新闻采访时解释的那样，“我的两位导师史蒂夫·克罗夫特和詹姆斯·达文波特为我选择了这个，开发一种限制[技术签名]搜索的几何技术的想法。这可能是SETI目前面临的最大挑战，因为传输位置和信号性质有太多的可能性。”

简而言之，技术签名是明确表明先进技术文明存在的活动证据。迄今为止，绝大多数SETI实验都在寻找无线电信号，因为该技术已知是可行的，无线电波在太空中传播良好——最先进和最全面的是突破监听。这些实验还包括在一段时间内监听各种恒星，以期识别来自轨道行星的无线电信号。但近年来，科学家们扩大了潜在技术签名的范围，并考虑了其他方法。



“SETI椭球体”是一个蛋形的空间区域，在那里外星文明将有足够的时间来观察一个天文事件，然后发出一个可以从地球上观察到的信号。鸣谢:达文波特等人(2022)

Nilipour说，“关于技术签名可能会是什么样子，有很多想法。我们寻找的最常见的形式是窄带无线电发射，因为根据我们人类技术的样本大小，这似乎是一个技术文明应该产生的东西。其他形式可能是激光发射、恒星高速近距离相遇以及恒星发射突然急剧减少。

在他们的研究中，Nilipour和他的团队推断，一个智能文明应该明白以各种可能的方式——无线电、光学、红外、紫外线、X射线、伽马射线等——监控他们星球周围的所有空间是多么困难。因此，他们可能会选择定时发出问候信号(手指交叉！)伴随着一个引人注目的天体物理事件，会引起观察者的注意——即超新星。作为美国国家科学基金会(NSF)和伯克利SETI研究中心的突破聆听倡议(Breakthrough Listen Initiative)提供的夏季本科生项目的一部分，Nilipour开始研究这一理论。

作为第一步，Nilipour和他的同事们从过去的1000年中选择了四颗历史超新星，并检查了它们爆炸产生的光到达地球需要多长时间。正如Nilipour解释的那样，“我们合并了两个搜索框架——椭球方法和Seto方法，前者将信号与一个显著的天文事件同步，后者与几何角度而非距离相关——并将它们应用于四个事件。

“我们选择了四颗有历史记载的超新星，分别来自1054年、1572年、1604年和1987年。在这种情况下，超新星就像一座灯塔，是信号发送者和信号接收者——我们——的共同焦点。”

他们确定这四个事件引起的光分别用了6300年、8970年、16600年和168000年到达地球。然后，他们将这些结果与DR3星表中盖亚天文台记录的超过1000万颗恒星的光信号进行了比较。这揭示了465颗恒星的光到达地球所需的时间相同，403颗恒星的光信号从与这些超新星相关的有利角度传播到地球。虽然868个系统中没有一个产生技术签名的证据，但它们的结果为未来的搜索提供了重要的限制。



艺术家对连接到机器学习网络的绿色银行望远镜的印象。鸣谢:突破聆听/丹妮尔·福瑟拉尔

正如Nilipour指出的，他们的方法也可以用于搜索其他档案数据，以梳理出技术签名的可能迹象。

“找到一个技术签名将是不可思议的，但这实际上更多的是展示一种我们可以在未来使用的方法。我们在这里所做的可以应用于额外的盖亚数据，来自TESS(凌日系外行星调查卫星)的数据，以及其他可用的数据。我们目前正在使用星系M101中的一颗新超新星进行相同类型的分析，这颗超新星在今年5月变得可见，是十多年来距离最近的一颗超新星。”

考虑到我们银河系中恒星的数量、背景噪音的数量、传输的时间敏感性，以及(似乎这还不够)获得假阳性的可能性，搜索潜在的技术特征是一项极其艰巨的任务。如果有可能无限期地同时以多种波长监测天空的每一部分，那么听到信号传输只是时间问题(假设有人在传输信号)。不幸的是，我们没有时间或资源进行这样全面的全天覆盖。

这就是像这样的研究的价值所在，它通过探索不同类型的技术特征、频率范围和夜空中的位置，有效地缩小了搜索范围。SETI的研究人员正在一点一点地提高明确探测的几率，这种几率可以通过后续研究得到证实。如果宇宙大海捞针，我们迟早会找到的。尽管如此大的宇宙和如此多的可能性给我们带来了限制，但这仍然只是时间问题。