Главная проблема поиска внеземных радиопередач радиотелескопами на Земле — это чрезвычайное засилье помех от источников техногенного происхождения. Часто невозможно определить, откуда пришёл сигнал — из глубин Вселенной или из соседнего города. Ответить на этот вопрос поможет новая методика идентификации радиосигналов внеземного происхождения, и она уже включена в поиск инопланетных радиопередач.

Радиотелескоп Паркса. Источник изображения: CSIRO

Наверняка вы видели, как мерцают звёзды в ночном небе. По этому признаку их можно отличить от светящихся объектов в атмосфере Земли, движущихся на меньших высотах. По похожему признаку учёные решили искать инопланетные радиосигналы — они тоже должны «мерцать» или, по-научному, сцинтиллировать.

Амплитуда электромагнитного сигнала, проходя через холодную плазму в межзвёздной среде, будет то повышаться, то уменьшаться — «мерцать» с определённым периодом. Подобное поведение, например, свойственно сигналам, приходящим от пульсаров. Инопланетные радиосигналы также можно фильтровать по подобному признаку. И если «радиопередача» имеет характерные колебания по амплитуде сигнала, то она с высочайшей вероятностью пришла к нам из космоса, а не от земного источника. Фильтрацию вполне можно поручить машинному алгоритму, которые сегодня показывают чудеса анализа больших данных.

Предложенная методика способна определить внеземное происхождение радиосигнала, если он прошёл расстояние не менее 10 тыс. световых лет. Это новаторский способ в поиске внеземной жизни. До сих пор у учёных не было надёжного способа определить, внеземное происхождение имеет сигнал или это продукт нашей цивилизации. Сообщение может быть одиночным и больше никогда не повторится, а предложенный метод сходу даст ответ, стоит ли на него обращать внимание, или нет.

«Я думаю, что это одно из самых больших достижений в области радио SETI за долгое время, — сказал Эндрю Симион (Andrew Siemion), один из соавторов исследования. — Впервые мы имеем методику, которая, если у нас есть только один сигнал, потенциально может позволить нам отличить его от радиочастотных помех. Это очень удивительно, потому что если рассматривать такие сигналы, как Wow!, то они часто бывают единичными».

О предложенной технологии учёные рассказали в журнале The Astrophysical Journal. Технология проходит проверку на радиотелескопе Green Bank Telescope (GBT) в Западной Виргинии. Работы осуществляются в рамках проекта Breakthrough Listen.

Учёные из Австралии обнаружили редкого ультрахолодного коричневого карлика, излучающего радиоволны. Во Вселенной таких меньше десятка на сотню. И он оказался самым холодным за всю историю наблюдения за подобными карликовыми звёздами. На его поверхности холоднее, чем в огне обычного костра на Земле.

Солнце, маленькая обычная звезда, коричневый карлик, Юпитер, Земля. Источник изображения: University of Sydney

Звезда с каталожным номером T8 Dwarf WISE J062309.94-045624.6 находится на расстоянии около 37 световых лет от Земли. Она была открыта в 2011 году астрономами из Калифорнийского технологического института (США). Температура на её поверхности всего 425 °C, что даже ниже, чем на поверхности Венеры, и более чем в 10 раз меньше, чем на поверхности Солнца.

Коричневые карлики являются промежуточным звеном между самыми маленькими звёздами с термоядерными реакциями и газовыми планетами-гигантами, такими как Юпитер. У коричневых карликов термоядерные реакции не идут, поэтому они тусклые в видимом диапазоне и в целом излучают мало энергии. Радиус данной звезды составляет от 0,65 до 0,95 радиуса Юпитера. Её масса изучена недостаточно хорошо, но звезда массивнее Юпитера как минимум в четыре раза, но не более чем в 44 раза. Солнце, например, в 1000 раз массивнее Юпитера.

«Очень редко можно встретить ультрахолодные звёзды типа коричневого карлика, дающие радиоизлучение. Это связано с тем, что их динамика обычно не создаёт магнитных полей, генерирующих радиоизлучение, которое можно обнаружить с Земли, — сказал ведущий автор исследования, опубликованного в журнале The Astrophysical Journal Letters. — Обнаружение этого коричневого карлика, излучающего радиоволны при столь низкой температуре, является интересным открытием».

Наши знания об эволюции звёзд очевидно не полные. Уточнять их могут только открытия, которые выходят за рамки известных явлений. Открытие активного в радиодиапазоне коричневого карлика с самой низкой в истории наблюдений температурой поверхности как раз относится к таким явлениям. И оно гарантированно обогатит земную науку новыми данными, которые сделают Вселенную немного понятнее для нас.

Как выяснили учёные, работа спутников Statrlink и им подобных решений создаёт помехи для радиообсерваторий во всём мире. По данным Радиоастрономического института общества Макса Планка (MPIfR), это свидетельствует о необходимости защиты от подобных помех.

Источник изображения: Obelixlatino/pixabay.com

«Используя телескоп LOFAR нам удалось обнаружить радиоволны на частотах от 110 до 188 МГц для 47 из 68 спутников, за которыми мы наблюдали. В этот интервал входит защищённый диапазон частот в 150,05–153 МГц, выделенный под радиоастрономические наблюдения Международным телекоммуникационным союзом (ITU)», — цитирует ТАСС представителя Нидерландского института радиоастрономии (ASTRON).

Ещё в феврале 2022 года Международным астрономическим союзом (МАС) был сформирован Центр по защите неба от флотилий спутников, который и выдвинул гипотезу о том, что спутники связи будут препятствовать наблюдениям как с помощью оптических телескопов, так и в радиодиапазоне. Проверка гипотезы осуществлялась с помощью сети телескопов LOFAR, разбросанных по территории Европы.

Оказалось, что большинство спутников, за которыми велись наблюдения, «видны» в нескольких областях диапазона 110–188 МГц, выделенным ITU для астрономических наблюдений. Это может заметно сказаться на качестве наблюдений, поскольку астрономам часто приходится следить за очень слабыми сигналами из космоса.

По имеющимся данным, представители SpaceX вышли на учёных и теперь они занимаются разработкой мер, благодаря которым можно будет снизить уровень радиошума от спутников, а новые экземпляры — менее заметными не только в оптическом, но и в радиодиапазоне.

Известно, что сразу после выхода первых партий на орбиту, астрономы выяснили, что спутники мешают наблюдениям даже в оптическом диапазоне, регулярно оставляя следы при съёмке. В результате в феврале прошлого года создан подведомственный МАС Центр по защите неба от флотилий спутников для координации совместной борьбы с последствиями использования подобных технологий как в видимом, так и в радиодиапазонах. Как известно, в планах SpaceX вывод на орбиту ещё десятков тысяч спутников.

Наша галактика, как и вся Вселенная, полна вещами, о которых мы пока даже не догадываемся. Эти вещи и явления вскрываются по мере совершенствования инструментов наблюдения за космосом, что наглядно показала работа нового радиотелескопа MeerKAT в ЮАР. 200-часовый цикл наблюдения обнаружил в центре нашей галактики тысячи нитеподобных структур, о которых учёные до этого даже не подозревали.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: Farhad Yusef-Zadeh/Northwestern University

Следует сказать, что первые нитеподобные структуры в центре Млечного Пути обнаружены более 40 лет назад. Астроном Фархад Юсеф-Заде (Farhad Yusef-Zadeh) из Северо-Западного университета в штате Иллинойс всю жизнь посвятил изучению этого явления. Первые обнаруженные нити были релятивистскими — это были разогнанные до околосветовой скорости потоки электронов. Нити длиной до 150 световых лет располагались параллельно друг другу и перпендикулярно плоскости нашей галактики, за что их прозвали «струнами арфы». Предполагается, что «струны» — это выстроенные по силовым линиям магнитного поля потоки частиц, хорошо видимые в радиодиапазоне и, скорее всего, они связаны с деятельностью сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного Пути (Стрелец А*, Sgr A*).

Новое наблюдение с помощью радиотелескопа MeerKAT открыло нечто похожее и при этом иное — тысячи коротких нитей длиной от 5 до 10 световых лет, расположенных параллельно плоскости нашей галактики и расходящиеся радиально из её центра. Учёные потратили больше года на картирование этих объектов, с указанием точных длин и углов расхождения. Предполагается, что эти нити также являются результатом деятельности чёрной дыры Стрелец А*. Точнее, некоего события, происшедшего с дырой около 6 млн лет назад. Это могло быть одновременное падение множества вещества на чёрную дыру и, как следствие, резкий рост активности в аккреционном диске с выбросом энергии.

«Было неожиданностью внезапно обнаружить новую популяцию структур, которые, кажется, указывают в направлении чёрной дыры, — сказал Юсеф-Заде. — Я был ошеломлён, когда увидел это. Нам пришлось проделать большую работу, чтобы установить, что мы не обманываем себя. И мы обнаружили, что эти нити не случайны, а, похоже, связаны с истечением нашей чёрной дыры. Изучая их, мы могли бы узнать больше о вращении чёрной дыры и ориентации аккреционного диска. Приятно, когда находишь порядок посреди хаотического поля ядра нашей галактики».

Земным астрономам не всегда предоставляется возможность удобного наблюдения за планетой Уран. Полный оборот вокруг Солнца этот газовый гигант совершает за 84 года. Для современных учёных время удобного наблюдения за северным полюсом Урана началось около десяти лет назад, чем они сразу воспользовались и нашли там типичный для атмосферных планет циклон.

Циклон над северным полюсом Урана в трёх разных диапазонах частот. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/VLA

Заглянуть под покров облаков на Уране астрономы смогли с помощью радиотелескопа VLA (Very Large Array («Очень большая антенная решётка»), состоящего из 27 антенн, расположенных в Нью-Мексико (США). Сканирование в диапазонах сантиметровых и миллиметровых волн (K, Ka и Q) показало наличие циклона в атмосфере над северным полюсом планеты — закрученных в спираль по ходу вращения Урана потоков чуть более тёплого и сухого воздуха.

Это стало первым наблюдением циклона над северным полюсом планеты. Ранее признаки циклона были обнаружены над её южным полюсом, когда там много лет назад пролетал зонд NASA «Вояджер-2». Но зонд не смог заглянуть под покров облаков и измерить температуру воздушных потоков, с чем успешно справился массив радиотелескопа VLA.

Данная работа стала финальным аккордом в череде изучения атмосфер планет Солнечной системы. Теперь мы точно знаем, что на всех планетах с атмосферой вне зависимости от её строения (это камень или газовый гигант), присутствуют такие атмосферные явления, как полярные циклоны. На Земле они формируются преимущественно над водой и мигрируют в процессе своего развития, тогда как над безводными мирами они рождаются над полюсами.

«Эти наблюдения говорят нам гораздо больше об истории Урана. Это гораздо более динамичный мир, чем можно было подумать, — сказал ведущий автор работы Алекс Экинс (Alex Akins) из Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии. — Это не просто голубой газовый шар. Здесь многое происходит "под капотом"».

Изображение Урана в натуральных цветах, сделанное зондом NASA «Вояджер-2» в 1986 году

Данные сделанных наблюдений и новые исследования Урана в ближайшие годы необходимы также с практической стороны. В начале 30-х годов NASA рассчитывает послать автоматическую межпланетную станцию для изучения спутников Урана и планеты. Для разработки наиболее развёрнутого плана экспедиции о месте разведки необходимо узнать как можно больше, чем учёные будут заниматься всё оставшееся до полёта время.

В журнале Nature впервые вышла статья, в которой учёные сообщили о создании обучаемого машинного алгоритма для обнаружения в радиоастрономических сигналах признаков разумной инопланетной деятельности. Искусственный интеллект смог проявить себя и помог найти восемь кандидатов на такие сигналы, хотя повторное наблюдение не смогло подтвердить эти находки. Но перспективы только раскрываются.

Источник изображения: Jim West/Alamy

До сравнительно недавнего времени проекты по множеству программ SETI — мероприятий по поиску внеземных цивилизаций — не могли похвастаться достаточным набором данных, чтобы их можно было бы обрабатывать с позиций машинного обучения. Сбор информации для таких операций начали в 2015 году после финансирования научной программы Breakthrough Listen миллионером Юрием Мильнером при участии Стивена Хокинга. Это стало крупнейшим в истории финансированием программы SETI, средства на которую достались астрономам Калифорнийского университета в Беркли.

Группа учёных проанализировала данные из 820 звёздных систем, за которыми наблюдал крупнейший на сегодня поворотный 100-метровый телескоп им. Роберта К. Берда в Грин-Бэнк. Наблюдения собрали миллионы сигналов, обработать вручную которые было бы невозможно. Впрочем, учёные давно используют алгоритмы для отсеивания всевозможных помех, но до появления машинного обучения многие интересные сигналы обнаружить было очень и очень сложно, если вообще возможно.

При обработке пакетов радиоданных самой сложной и рутинной работой считается отсеивание радиосигналов от земных (и околоземных, если говорить о спутниках) источников. Радиоэфир вокруг Земли настолько насыщен и разнообразен, что анализ с помощью классических алгоритмов может упустить то единственное зерно истины, ради поиска которого всё затеяно. Внести помехи может даже микроволновая печь, не говоря о сотовой связи и множестве других источников. Новый алгоритм машинного обучения должен был отсеять подобные помехи из миллионов наблюдений, и он с этим в целом справился.

После того, как ИИ скормили всю собранную информацию, алгоритм отметил, как интересные, 20 тыс. сигнатур. Учёные уже вручную перебрали отмеченные ИИ сигналы и выделили из них 8 кандидатов на «техносигнатуры» — сигналы с вероятными признаками искусственного и внеземного происхождения. К сожалению, повторные наблюдения звёздных систем, откуда были приняты эти сигналы, не дали результата — подобных сигналов больше не было.

Главным для исследователей стало подтверждение способности обучаемого алгоритма отсеивать помехи земного происхождения. Новые программы помогут собирать свежие пакеты радиосигналов, благо радиоастрономы продолжают получать всё новые и новые инструменты. В частности, готовится программа исследований по поиску внеземных искусственных сигналов на самом крупном в мире китайском радиотелескопе FAST с 500-м сплошной антенной. Те или иные алгоритмы машинного обучения будут задействованы для обработки данных с этого инструмента, и чем больше будет работ в этом направлении, тем надёжнее будет результат.