Школьник отфильтровал половину Галактики — и объяснил, где искать инопланетян

Для поиска инопланетной жизни важен не только вопрос "существуют ли другие цивилизации". Перед исследователями стоит и более приземленная проблема: куда именно направлять телескопы? В Галактике больше миллиарда звезд, а время наблюдений всегда ограничено. Если слушать все подряд, радиопоиск быстро превращается в лотерею с огромным числом заведомо слабых ставок.

Многие программы SETI, то есть поиска внеземного разума, начинают с ближайших и ярких звезд. Логика понятна: чем ближе источник, тем проще поймать слабый радиосигнал. Но близость не говорит, могла ли рядом со звездой развиться сложная жизнь. Одни светила слишком быстро сгорают, другие еще слишком молоды, а третьим не хватает тяжелых элементов для формирования каменистых планет.

Турецкий школьник Шахин Торлакчик предложил сначала убрать из списка звезды, возле которых сложная жизнь маловероятна. Такая система не ищет сигналы и не обещает найти обитаемые планеты. Она помогает сделать очередь для наблюдений короче и оставить больше времени для звезд с более подходящими условиями.

Так появился каталог Торлакчика - фильтр на основе правил для программ SETI. Он проверяет звезды по нескольким понятным признакам: сколько звезда живет, хватает ли рядом с ней вещества для каменистых планет, не мешает ли ей звездный сосед, насколько сильно меняется ее яркость и насколько активно она вспыхивает. Каталог не доказывает, что у оставшихся звезд есть планеты с жизнью. Он просто помогает не начинать поиск с самых слабых мест.

Торлакчик применил эту схему к 1 742 306 звездам из архива космического телескопа Gaia. В выборку попали звезды, для которых есть достаточно надежные данные о расстоянии и физических свойствах. Проверка учитывает семь признаков: массу, возраст, спектральный тип, металличность, наличие звездных соседей, переменность яркости и активность красных карликов.

Масса важна из-за срока жизни звезды. Звезды тяжелее 1,5 массы Солнца быстро расходуют топливо и живут недолго. Для сложной жизни это проблема: на Земле эволюции понадобились миллиарды лет, чтобы перейти от простых одноклеточных форм к более сложным организмам. У массивной звезды такого времени может не быть.

Возраст тоже многое решает. Звезды младше трех миллиардов лет получают низкую оценку, потому что их планетные системы могли просто не успеть пройти долгий путь эволюции. Даже если рядом есть планета с водой и подходящей орбитой, для поиска разумных радиосигналов такая система выглядит менее перспективной.

Металличность показывает, сколько у звезды элементов тяжелее водорода и гелия. В астрономии к металлам относят железо, кремний, кислород и другие элементы, из которых формируются каменистые планеты. Если тяжелых элементов мало, вокруг звезды сложнее собрать планеты с твердой поверхностью. Для поиска жизни это слабое место.

Отдельная проверка касается двойных и кратных систем. Если рядом есть вторая звезда, ее гравитация может мешать устойчивым орбитам планет. Не каждая двойная система плоха для жизни, но часть таких звездных пар снижает шанс на долгую спокойную эволюцию.

Еще два признака связаны с нестабильностью. Если яркость звезды заметно меняется, планеты рядом с ней могут получать резкие перепады излучения. Активные красные карлики опасны вспышками: такие звезды способны облучать близкие планеты и постепенно разрушать их атмосферы.

После всех проверок из выборки убрали 964 471 звезду, или 55,4%. В списке осталось 777 835 более подходящих целей. Среди них много K-карликов и спокойных M-карликов. K-карлики живут долго и обычно ведут себя стабильнее многих красных карликов. Старые тихие M-карлики тоже интересны для SETI, потому что дают планетам очень большой срок для развития жизни.

Больше всего список сократили возраст и металличность. Возраст убрал 502 305 звезд, около 28,8% всей выборки. Низкое содержание тяжелых элементов исключило 504 318 звезд, примерно 29%. Первый показатель связан со временем для эволюции, второй - с материалом для каменистых планет.

С возрастом звезд есть сложность. Gaia оценивает его с большой погрешностью, иногда в несколько миллиардов лет. Если просто убрать все звезды, которые по средней оценке моложе трех миллиардов лет, можно потерять много нормальных кандидатов. Торлакчик выбрал более осторожный вариант: смотрел не только на среднюю оценку, но и на верхнюю границу возможного возраста.

Благодаря этому в каталоге остались 355 086 звезд, которые более грубая проверка убрала бы из поиска. Логика простая: если данные допускают, что звезда достаточно старая, лучше оставить ее в списке, чем исключить из-за неточного возраста. Для SETI это защита от слишком жесткого отбора.

Автор также проверил, как разные признаки Gaia помогают находить двойные системы. Например, параметр RUWE показывает, насколько ровно данные Gaia описывают движение звезды на небе. Если показатель выбивается из нормы, рядом может быть невидимый звездный спутник или другая причина, мешающая точному измерению. По RUWE таких кандидатов оказалось в 2,7 раза больше, чем по отдельной отметке Gaia о не одиночной звезде.

Каталог Торлакчика сравнили со списком звезд, которые наблюдает Breakthrough Listen - одна из самых известных программ радио-SETI. Оказалось, что 56,5% звезд, попавших в оба списка, система Торлакчика убрала бы из очереди на наблюдения. Чаще всего причина была в низкой металличности, то есть в малом количестве тяжелых элементов для формирования каменистых планет.

Это не значит, что Breakthrough Listen выбрала неправильные звезды. Программа в первую очередь помечает те места, откуда проще принять слабый сигнал: близкие, яркие и удобные для наблюдений. Каталог Торлакчика отвечает на другой вопрос: достаточно ли у звезды времени, стабильности и тяжелых элементов, чтобы рядом с ней могла развиться сложная биология?

У метода есть ограничения. Алгоритм не ищет планеты напрямую и не проверяет, есть ли возле конкретной звезды миры в обитаемой зоне. Не для всех звезд Gaia дает полный набор данных, а возраст и активность часто неизвестны. Красные карлики особенно сложны: многие из них часто вспыхивают, но старые спокойные M-карлики могут быть хорошими целями, поэтому автор не исключает весь тип звезд целиком.

Главная польза каталога в том, что он быстро убирает из списка звезды с низкими шансами и сразу показывает причину. Его можно использовать при планировании наблюдений, применять к другим звездным каталогам и настраивать под правила конкретной программы. Каталог, код и алгоритм опубликованы в открытом доступе, поэтому любая группа SETI может взять эту схему для своей работы.