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Jul 17, 2023

SETI revolutioniert: Schneiden

Von University of California, Berkeley, 19. Juli 2023 Forscher der University of California, Berkeley haben einen bedeutenden Fortschritt bei der Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) erzielt

Von der University of California, Berkeley, 19. Juli 2023

In einem bedeutenden Fortschritt für die Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) haben Forscher der University of California in Berkeley eine neue Technik zur Erkennung potenzieller außerirdischer Funksignale entwickelt. Bei dieser Technik werden Signale auf Anzeichen einer Durchquerung des interstellaren Raums analysiert und so erdbasierte Funkstörungen ausgeschlossen.

Scientists at the University of California, BerkeleyLocated in Berkeley, California and founded in 1868, University of California, Berkeley is a public research university that also goes by UC Berkeley, Berkeley, California, or Cal. It maintains close relationships with three DOE National Laboratories: Lawrence Berkeley National Laboratory, Los Alamos National Laboratory, and Lawrence Livermore National Laboratory." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Die University of California in Berkeley hat eine neuartige Technik entwickelt, um die Suche nach außerirdischem Leben voranzutreiben. Diese Methode unterscheidet potenzielle außerirdische Signale von erdbasierten Störungen, indem sie ihre Ausbreitung durch den interstellaren Raum analysiert.

Wissenschaftler haben eine neue Methode zur Erkennung und Validierung potenzieller Funksignale von außerirdischen Zivilisationen in unserer Galaxie eingeführt. Dieser Fortschritt bei der Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) stellt einen bedeutenden Fortschritt dar, der das Vertrauen in die künftige Entdeckung außerirdischen Lebens deutlich stärken wird.

Die heutigen SETI-Suchen basieren größtenteils auf erdgestützten Radioteleskopen, die anfällig für terrestrische und satellitengestützte Funkstörungen sind. Falsche Signale, die Technosignaturen außerirdischer Zivilisationen nachahmen, könnten aus verschiedenen Quellen stammen, darunter Starlink-Satelliten, Mobiltelefone, Mikrowellen und sogar Automotoren. Diese Art der Einmischung hat seit der Einführung des ersten speziellen SETI-Programms im Jahr 1960 falsche Hoffnungen geweckt.

Um echte von falschen Signalen zu unterscheiden, verlagern Forscher den Fokus des Teleskops normalerweise auf einen anderen Teil des Himmels und besuchen dann den ursprünglichen Ort einige Male erneut, um festzustellen, ob das Signal nicht einmalig war. Dennoch könnte es sich bei dem Signal immer noch um eine seltsame Emission der Erde handeln.

Dieses Problem wird durch eine innovative neue Technik angegangen, die von Forschern des Breakthrough Listen-Projekts an der University of California, Berkeley, entwickelt wurde. Die Methode untersucht Signale auf Anzeichen dafür, dass sie den interstellaren Raum durchquert haben, und eliminiert so die Möglichkeit, dass es sich bei dem Signal lediglich um erdbasierte Funkstörungen handelt.

Das Green Bank Telescope liegt in einem funkstillen Tal in West Virginia und ist ein wichtiger Horchposten für Breakthrough Listen. Bildnachweis: GBO / AUI / NSF

Breakthrough Listen, the most comprehensive SETI search project, monitors the northern and southern skies for technosignatures using radio telescopes. It also focuses on thousands of individual stars in the plane of the Milky WayThe Milky Way is the galaxy that contains our Solar System and is part of the Local Group of galaxies. It is a barred spiral galaxy that contains an estimated 100-400 billion stars and has a diameter between 150,000 and 200,000 light-years. The name "Milky Way" comes from the appearance of the galaxy from Earth as a faint band of light that stretches across the night sky, resembling spilled milk." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Milchstraße, die als die wahrscheinlichste Richtung gilt, in die eine Zivilisation ein Signal senden kann.

„Ich denke, es ist einer der größten Fortschritte im Radio-SETI seit langem“, sagte Andrew Siemion, Hauptforscher für Breakthrough Listen und Direktor des Berkeley SETI Research Center (BSRC), das das am längsten laufende SETI-Programm der Welt betreibt. „Es ist das erste Mal, dass wir über eine Technik verfügen, die es uns, wenn wir nur ein Signal haben, möglicherweise ermöglichen könnte, es grundsätzlich von Funkfrequenzstörungen zu unterscheiden. Das ist ziemlich erstaunlich, denn wenn man so etwas wie das Wow! Signal, das ist oft einmalig.“

Siemion bezog sich auf ein berühmtes 72-Sekunden-Schmalbandsignal, das 1977 von einem Radioteleskop in Ohio beobachtet wurde. Der Astronom, der das Signal entdeckte, das nichts mit normalen astrophysikalischen Prozessen zu tun hatte, schrieb: „Wow!“ in roter Tinte auf dem Datenausdruck. Das Signal wurde seitdem nicht mehr beobachtet.

„Die erste ET-Erkennung könnte sehr wohl ein Einzelfall sein, bei dem wir nur ein Signal sehen“, sagte Siemion. „Und wenn sich ein Signal nicht wiederholt, können wir dazu nicht viel sagen. Und natürlich ist die wahrscheinlichste Erklärung dafür die Funkfrequenzstörung, ebenso wie die wahrscheinlichste Erklärung für das Wow! Signal. Diese neue Technik und die Instrumente zu haben, die in der Lage sind, Daten mit ausreichender Genauigkeit aufzuzeichnen, sodass man die Wirkung des interstellaren Mediums (ISM) sehen kann, ist unglaublich leistungsstark.“

Mit dem 64-Meter-Parkes-Teleskop in New South Wales, Australien, kann Breakthrough Listen den Südhimmel überwachen. Das Teleskop wird von der Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) betrieben. Bildnachweis: CSIRO

The technique is described in a paper published on July 17 in The Astrophysical JournalThe Astrophysical Journal (ApJ) is a peer-reviewed scientific journal that focuses on the publication of original research on all aspects of astronomy and astrophysics. It is one of the most prestigious journals in the field, and is published by the American Astronomical Society (AAS). The journal publishes articles on a wide range of topics, including the structure, dynamics, and evolution of the universe; the properties of stars, planets, and galaxies; and the nature of dark matter, dark energy, and the early universe." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Astrophysical Journal von UC Berkeley-Doktorand Bryan Brzycki; Siemion; Brzyckis Doktorvater Imke de Pater, emeritierte Professorin für Astronomie an der UC Berkeley; und Kollegen an der Cornell University und dem SETI Institute in Mountain View, Kalifornien.

Siemion wies darauf hin, dass Breakthrough Listen in Zukunft bei seinen SETI-Beobachtungen neben der Himmelsortung auch die sogenannte Szintillationstechnik einsetzen wird, unter anderem mit dem Green Bank Telescope in West Virginia – dem weltweit größten steuerbaren Radioteleskop – und dem MeerKAT Array in Südafrika.

Seit mehr als 60 Jahren scannen SETI-Forscher den Himmel auf der Suche nach Signalen, die anders aussehen als die typischen Radioemissionen von Sternen und katastrophalen Ereignissen wie Supernovae. Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass natürliche kosmische Quellen von Radiowellen ein breites Spektrum an Wellenlängen erzeugen – also breitbandige Radiowellen –, während technische Zivilisationen wie unsere eigene schmalbandige Radiosignale erzeugen. Stellen Sie sich ein statisches Radio im Vergleich zu einem eingestellten UKW-Sender vor.

Aufgrund des riesigen Hintergrunds schmalbandiger Funkausbrüche menschlicher Aktivitäten auf der Erde gleicht das Auffinden eines Signals aus dem Weltraum der Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Bisher wurden keine schmalbandigen Funksignale von außerhalb unseres Sonnensystems bestätigt, obwohl Breakthrough Listen im Jahr 2020 einen interessanten Kandidaten namens BLC1 fand. Eine spätere Analyse ergab, dass es sich mit ziemlicher Sicherheit um Funkstörungen handelte, sagte Siemion.

Siemion and his colleagues realized, however, that real signals from extraterrestrial civilizations should exhibit features caused by passage through the ISM that could help discriminate between Earth- and space-based radio signals. Thanks to past research describing how the cold plasmaPlasma is one of the four fundamental states of matter, along with solid, liquid, and gas. It is an ionized gas consisting of positive ions and free electrons. It was first described by chemist Irving Langmuir in the 1920s." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Da Plasma im interstellaren Medium, vor allem freie Elektronen, Signale von Radioquellen wie Pulsaren beeinflusst, haben Astronomen nun eine gute Vorstellung davon, wie sich das ISM auf schmalbandige Radiosignale auswirkt. Die Amplitude solcher Signale nimmt mit der Zeit zu und ab – das heißt, sie funkeln. Dies liegt daran, dass die Signale durch das dazwischenliegende kalte Plasma leicht gebrochen oder gebogen werden, sodass die Wellen, wenn sie schließlich auf unterschiedlichen Wegen die Erde erreichen, sowohl positiv als auch negativ interferieren.

Unsere Atmosphäre erzeugt ein ähnliches Funkeln oder Funkeln, das den Nadelstich des optischen Lichts eines Sterns beeinflusst. Planeten, die keine punktförmigen Lichtquellen sind, funkeln nicht.

Brzycki hat einen Computeralgorithmus entwickelt, der als Python-Skript verfügbar ist und das Funkeln von Schmalbandsignalen analysiert und diejenigen heraussucht, die in Zeiträumen von weniger als einer Minute dunkler und heller werden, was darauf hinweist, dass sie das ISM durchlaufen haben.

„Dies impliziert, dass wir eine entsprechend abgestimmte Pipeline verwenden könnten, um künstliche Emissionen aus entfernten Quellen eindeutig im Vergleich zu terrestrischen Störungen zu identifizieren“, sagte de Pater. „Außerdem könnte diese Technik, selbst wenn wir diese Technik nicht zum Auffinden eines Signals verwenden würden, in bestimmten Fällen bestätigen, dass ein Signal von einer entfernten Quelle und nicht von einer lokalen Quelle stammt. Diese Arbeit stellt die erste neue Methode der Signalbestätigung über den räumlichen Neubeobachtungsfilter hinaus in der Geschichte des Radio-SETI dar.“

Der Doktorand Bryan Brzycki vom Green Bank Telescope nutzt eine neue szintillationsbasierte Technik, um Radiosignale zu untersuchen, die möglicherweise von außerirdischen Zivilisationen an anderen Orten in der Milchstraße stammen. Bildnachweis: Bryan Brzycki, Breakthrough Listen

Brzycki führt derzeit Radiobeobachtungen am Green Bank Telescope in West Virginia durch, um zu zeigen, dass die Technik erdbasierte Radiosignale schnell aussortieren und vielleicht sogar Szintillation in einem Schmalbandsignal erkennen kann – ein Kandidat für Technosignatur.

„Vielleicht können wir diesen Effekt in einzelnen Beobachtungen identifizieren und diese Abschwächung und Aufhellung sehen und tatsächlich sagen, dass das Signal diesen Effekt erfährt“, sagte er. „Es ist ein weiteres Tool, das uns jetzt zur Verfügung steht.“

Die Technik wird nur für Signale nützlich sein, die mehr als etwa 10.000 Lichtjahre von der Erde entfernt stammen, da ein Signal ausreichend große Teile des ISM durchlaufen muss, um eine erkennbare Szintillation zu zeigen. Alles, was in der Nähe seinen Ursprung hat – das BLC-1-Signal zum Beispiel schien von unserem nächsten Stern, Proxima Centauri – zu kommen, würde diesen Effekt nicht zeigen.

Referenz: „On Detecting Interstellar Scintillation in Narrowband Radio SETI“ von Bryan Brzycki, Andrew PV Siemion, Imke de Pater, James M. Cordes, Vishal Gajjar, Brian Lacki und Sofia Sheikh, 17. Juli 2023, The Astrophysical Journal.DOI: 10.3847/ 1538-4357/acdee0

Weitere Co-Autoren des Papiers sind James Cordes von Cornell, Brian Lacki von BSRC sowie Vishal Gajjar und Sofia Sheikh von BSRC und dem SETI Institute. Breakthrough Listen wird von den Breakthrough Initiatives verwaltet, einem von der Breakthrough Prize Foundation gesponserten Programm.