В новом исследовании для поисков SETI была использована известная популяция экзопланет и экстраполирована на гораздо большую, неизвестную популяцию, чтобы установить лучшие пороги на сигналы от экзопланет.
Скорость сдвига относится к изменению частоты радиосигналов, вызванному движением источника сигнала относительно нас. Если, например, экзопланета движется вокруг своей звезды, то радиосигнал, который мы получаем, будет иметь немного другую частоту (то же самое происходит, когда скорая помощь проезжает мимо нас — звук её сирены меняется, когда она приближается или отдаляется).
В этой работе исследователи установили границы для скорости сдвига, которые помогут определить, насколько вероятно, что сигналы, которые они получают из космоса, могут исходить от экзопланет.
Предыдущие условия скорости сдвига, вызванного движением планеты вокруг своей родительской звезды, составляли 200 нГц. В этой работе главный автор Меган Грейс Ли и её команда обнаружили, что в 99% случаев с известными экзопланетами было достаточно 53 нГц и что это значение снижается всего до 0,44 нГц для звёзд без известных на данный момент экзопланет. Эти значительные, основанные на исторических данных сокращения рекомендуемого порога приведут к существенной экономии времени вычислений и повышению эффективности будущих кампаний SETI.
Источник: ESA / Hubble
«Эта работа даёт более глубокое представление о том, как могут выглядеть сигналы, если они исходят от экзопланет, и уточняет не только параметры поиска техносигнатур, но и возможные интерпретации обнаруженных сигналов», — сказала Меган Грейс Ли, студент докторской программы в Университете Калифорнии (UCLA).
Из-за эффекта Доплера радиосигнал от удалённой экзопланеты, принимаемый наблюдателем на Земле, может иметь более высокую или более низкую частоту. Это изменение частоты также будет меняться со временем из-за относительного движения между экзопланетой и Землёй. Этот эффект сдвига частоты называется «скоростью сдвига». В поисках радиосигналов от экзопланет важно учитывать различные факторы, влияющие на скорость сдвига. Эти факторы включают параметры орбиты и время обращения экзопланеты вокруг родительской звезды, а также орбиту и вращение Земли.
В первой части работы Ли сосредоточилась на экзопланетах из каталога NASA Exoplanet Archive (NEA). Ли рассчитала распределение орбитальных скоростей сдвига более чем для 5300 известных экзопланет, при этом создав инструмент, с помощью которого исследователи могут быстро рассчитывать ожидаемые скорости сдвига для любой экзопланетной системы. Так удалось выяснить, что 99% всего распределения скорости сдвига приходится на 53 нГц.
Доктор София Шейх, стипендиатка по математическим и физическим наукам (MPS — Ascend) в SETI Institute, работала с Ли в качестве наставника и соавтора этой работы. В предыдущей своей работа Шейх обнаружила, что экзопланетные системы показывают скорости сдвига до 200 нГц в самых экстремальных случаях и рекомендовала это как верхний порог. Работа Ли строится на этой основе, учитывая не только максимальные скорости сдвига, но и средние или наиболее вероятные скорости сдвига от всех известных систем.
«Результаты позволяют предполагать, что во многих случаях скорость сдвига будет настолько низкой, что мы можем уделять приоритет другим параметрам. Например, охвату большего количества частот или анализу наборов данных быстрее, не беспокоясь о том, что мы упустим настоящие сигналы», — сказала Шейх.
Во второй части работы Ли были созданы разбалансированные популяции экзопланет, которые могут лучше представлять характеристики экзопланет в любой случайной выборке из галактики, а не только самые очевидные экзопланеты. Например, известные планеты имеют граничную орбиту.
Граничная орбита относится к типу орбиты, в которой экзопланета находится прямо на линии между своей звездой-хозяином и наблюдателем на Земле. Это так называемое граничное положение, оно позволяет легко обнаружить экзопланету с помощью наиболее распространённых методов поиска планет, таких как метод транзита и метод радиальной скорости. Однако граничные орбиты имеют более высокие скорости сдвига, поэтому в своей работе Ли также рассмотрела другие типы орбит, которые не находятся на границе между наблюдателем и звездой. Она провела дополнительное моделирование разбалансированной популяции экзопланет, выходящее за рамки обычного случая граничной орбиты в каталоге NEA, и скорректировала его для других наблюдательных искажений (например, для экзопланет, находящихся особенно близко к своим звёздам). Так было обнаружено, что скорость сдвига всего 0,44 нГц для любой случайной звезды будет достаточной, чтобы поймать 99% гипотетических сигналов от любых орбитирующих экзопланет.
Работа со вдвое большим количеством планет в выборке из-за скоростей сдвига, например 2 нГц вместо 1 нГц, требует вдвое больше вычислений. Новое исследование сокращает рекомендуемые пределы в 4 раза для звёзд с известными планетами и более чем на 400 для звёзд без известных планет, что значительно снизит излишние вычисления и позволит учёным SETI более точно настраивать параметры в своих поисках, чтобы эффективнее исследовать те системы, которые они наблюдают.
Новые, более узкие диапазоны максимальных скоростей сдвига представляют собой значительный выигрыш в эффективности при поиске потенциальных радиосигналов от экзопланет.