Алло, инопланетяне? Вас не слышно — узкополосный сигнал размазало звёздной плазмой

Исследование SETI показало, что поиску внеземных цивилизаций может мешать фактор, который учёные очень долго недооценивали. Даже если инопланетяне сами посылают нам весточки и надеются, что мы их расшифруем. Радиосигнал способен исказиться ещё в родной звёздной системе, задолго до полёта через межзвёздное пространство и задолго до встречи с земными телескопами. Активная звезда, звёздный ветер и турбулентная плазма рядом с планетой могут изменить форму передачи настолько сильно, что привычные нам приборы просто не заметят её.

Итак. Многие программы SETI десятилетиями ищут так называемые узкополосные сигналы. Речь идёт о передаче, у которой мощность сосредоточена в очень узком участке радиодиапазона. Для наблюдателя такой сигнал выглядит как резкий пик на определённой частоте. Подобная структура особенно интересна потому, что обычные астрофизические процессы редко создают настолько собранный и тонкий след. Именно поэтому поиск искусственных радиопередач часто строился вокруг идеи: нужно найти частотный пик, который слишком аккуратен для природного происхождения.

Новая работа показывает, что даже идеально узкий сигнал не обязан остаться таким после выхода из окрестностей своей звезды. Если рядом с планетой среда неспокойна, радиоволна проходит через участки с разной плотностью заряженных частиц. В таком случае изначально тонкий сигнал начинает расширяться по частоте. Энергия уже не держится в одной узкой полосе, а распределяется по более широкому диапазону. Передача не пропадает, но меняет форму.

Поисковые же алгоритмы обычно настроены на высокий и чёткий максимум в очень узкой полосе. После частотного расширения тот же сигнал выглядит иначе: резкий пик становится ниже, а мощность оказывается размазанной по соседним частотам. На практике передача может уйти ниже порога обнаружения, хотя физически она никуда не исчезла. Телескоп фиксирует не те значения, на которые рассчитана программа.

Исследователи сосредоточились на процессах, происходящих рядом с источником передачи. Во многих работах уже учитываются искажения, которые радиоволна получает на огромном пути через межзвёздное пространство. Новое исследование разбирает другой участок маршрута - самый первый. Как и говорилось выше, радиосигнал может потерять исходную форму почти сразу после передачи, пока проходит через среду, созданную собственной звездой системы.

Главную роль здесь играют два фактора. Первый связан с колебаниями плотности плазмы в звёздном ветре. Звёздный ветер представляет собой поток заряженных частиц, который постоянно уходит от звезды в окружающее пространство. Если плотность такого потока меняется неравномерно, радиоволна проходит через него с дополнительными искажениями. Второй фактор связан со вспышечными событиями, прежде всего с корональными выбросами массы. Во время таких выбросов звезда отправляет в пространство большие объёмы плазмы, и среда рядом с планетой становится ещё более беспокойной. Оба процесса действуют примерно в одном направлении: они смазывают частотную структуру сигнала и снижают высоту пика, на который ориентируются поисковые системы.

За основу они взяли то, что можно измерить напрямую - радиопередачи космических аппаратов в Солнечной системе. Такие сигналы известны, наблюдаемы и подходят для практической проверки модели. Исследователи использовали реальные данные, чтобы понять, как турбулентная плазма расширяет узкополосный сигнал в знакомых условиях, а затем перенесли расчёты на более широкий набор звёздных сред.

На выходе получилась прикладная схема, которая позволяет оценивать, насколько сильным может быть такое расширение у разных типов звёзд и на разных частотах наблюдения. Особенно важной работа называет звёздную погоду у активных звёзд. В подобных системах риск потерять узкий сигнал в привычном для SETI виде оказывается заметно выше.

Отдельно выделили красные карлики, звёзды класса M. На такие звёзды приходится около 75% всех звёзд в Млечном Пути, поэтому речь идёт не о редком случае, а о самой массовой категории. Расчёты показывают, что именно у красных карликов вероятность частотного расширения узкополосного сигнала до выхода из системы особенно велика. Для поиска внеземных цивилизаций вывод неприятный и важный одновременно.

Из всего этого следует вполне логичный вывод. Поисковые стратегии стоит строить так, чтобы они оставались чувствительными не только к идеально тонким линиям в радиодиапазоне, но и к более широким сигналам, которые успели измениться под действием звёздной среды. Речь не о том, чтобы отказаться от узкополосного поиска. Речь о том, чтобы не считать его единственным сценарием, на который нужно настраивать наблюдения и обработку данных.

Исследование поддержала программа STRIDE, действующая в SETI. Программа финансирует рискованные научные проекты, которые могут привести к заметному результату, а также помогает исследователям разрабатывать новые инструменты и методы проверки таких идей. Деньги на программу поступают из фонда Franklin Antonio Bequest, созданного для ускорения научных и образовательных инициатив института.