Det 8-dimensionella rummet som måste sökas efter främmande liv

Foto av Brett Ritchie | Unsplash

Fermi-paradoxen är kontrasten mellan sannolikheten för att liv existerar någon annanstans i universum och bristen på bevis för det.

Detta är en betydande gåta. Å ena sidan finns det en stark känsla av att förhållandena på jorden som ledde till uppkomsten av liv inte kan vara unika. Detta gör att det verkar troligt att livet måste vara vanligt.

Men å andra sidan har astronomer letat igenom den kosmiska höstacken efter nålen som skulle representera tecken på intelligent liv någon annanstans i universum och inte kommit fram till någonting. Som ett resultat har många observatörer kommit fram till att det inte finns några uppenbara tecken.

Andra håller inte med. Redan 2010 hävdade astronomen Jill Tarter och kollegor att främmande radiofyrar kunde vara uppenbara och vanliga i vår galax men att astronomer inte skulle veta det eftersom deras sökningar har varit ofullständiga.

Dessa sökningar, sa Tarter och co, är som att söka i ett dricksglas med havsvatten efter bevis på fisk i alla jordens hav.

Det är en färgstark metafor, men med tanke på den avsevärda ansträngning som lagts ner på Search for Extra-Terrestrial Intelligence (SETI), hur exakt är den?

Idag får vi ett svar tack vare Jason Wrights och kollegors arbete vid Pennsylvania State University. Dessa killar har karakteriserat parameterutrymmet som astronomer behöver för att söka efter tecken på främmande liv. De säger att detta utrymme är så stort att SETI-sökningar hittills inte har gjort mer än att skrapa på ytan.

Wright och cos metod är okomplicerad. De börjar med att skapa en matematisk modell av sökutrymmet astronomer behöver utforska och sedan beräkna vilken bråkdel som har undersökts hittills.

Vi utvecklar metaforen om den flerdimensionella 'Cosmic Haystack' ... till en kvantitativ, åttadimensionell modell och utför en analytisk integral för att beräkna den del av denna höstack som flera stora SETI-radioprogram har undersökt tillsammans, säger de.

Detta parameterutrymme är stort. De relevanta dimensionerna inkluderar de tre dimensionerna av rymden, frekvensområdet för potentiella signaler, deras upprepningshastighet, polarisering och modulering, överföringsbandbredden och sökningarnas känslighet för denna sända effekt.

Volymen av tredimensionell rymd som kan sökas är volymen av universum centrerad på vårt solsystem ut till ett visst avstånd. Wright och co definierar detta som 10 kiloparsek—cirka 30 000 ljusår, eller ungefär avståndet till de klotformade hoparna som kretsar kring Vintergatans galax.

De flesta radioteleskop kan observera signaler i båda polarisationerna samtidigt, men det har inte alltid varit sant tidigare. Så detta är en dimension som begränsar utforskningen av parameterutrymmet.

Andra dimensioner är komplicerade att karakterisera. Signalupprepningsfrekvensen är till exempel knepig att hantera i modellen. Kontinuerliga signaler är lätta att hantera, men signaler som upprepas sällan är svåra. Ett relevant exempel är den berömda Wow! signal inspelad 1977 vid Ohio State Universitys Big Ear-radioteleskop. Det kallas så för att forskare kommenterade data genom att skriva Wow! i marginalerna.

Men trots olika försök har denna signal aldrig observerats igen. Det kan bero på att det är helt falskt, men det kan bero på att upprepningsfrekvensen är så låg.

Att definiera storleken på denna kosmiska höstack är sedan uppgiften att lägga ihop alla dessa utrymmen. Som Wright och co uttryckte det: Höstackens volym är då en bestämd volymintegral i detta 8D-utrymme, och den sökta fraktionen kan beräknas givet känslighetsfunktionen för en given undersökning.

Resultatet är ett utrymme av verkligt gigantiska proportioner. Detta leder till en total 8D-höstacksvolym på 6,4 × 10116 m5Hz2 s/W, säger Wright och co.

Men hur mycket av detta har astronomer utforskat? Wright och co säger att sökningarna hittills har täckt bara 5,8 x 10-18 av denna volym.

Det är en liten bråkdel. För att sätta detta i sammanhanget av Tarter et al.s ursprungliga jämförelse, är den totala volymen av jordens hav 1.335 x 1021 liter. Så den totala sökningen hittills motsvarar att söka 7 700 liter havsvatten. Eftersom en kubikmeter är 1 000 liter är det ungefär lika stort som en stor badtunna.

Det är betydligt större än Tarter et al.s uppskattning av ett dricksglas, men det är fortfarande litet i det större sammanhanget. Även vår större uppskattning understryker hur lite sökning som faktiskt har förekommit, säger Wright och co.

Det är intressant arbete eftersom det sätter sökningar efter utomjordisk intelligens i ett sammanhang. Bilden från Wright och co antyder inte att SETI har misslyckats, utan att den knappt har startat.

Det är uppenbart att det finns mycket mer att söka, även om uppgiften verkar mer skrämmande än någonsin. Som Wright och co uttryckte det: Man hoppas att Cosmic Haystack är rik på nålar.

Ref: arxiv.org/abs/1809.07252 : Hur mycket SETI har gjorts? Hitta nålar i den n-dimensionella kosmiska höstacken

Dölj