Нам следует искать маленькие горячие сферы Дайсона
В 1960 году легендарный физик Фримен Дайсон опубликовал свою основополагающую статью «Поиск искусственных звездных источников инфракрасного излучения», в которой предположил, что могут существовать внеземные цивилизации, настолько развитые, что они могут строить мегаструктуры, достаточно большие, чтобы вместить свою родительскую звезду. Он также указал, что эти «сферы Дайсона», как их стали называть, можно обнаружить по «отходному теплу», которое они излучают в средних инфракрасных длинах волн. По сей день инфракрасные сигнатуры считаются жизнеспособной техносигнатурой в поисках внеземного разума (SETI). До сих пор попытки обнаружить сферы Дайсона (и их вариации) по их характеристикам «отходящего тепла» оказались тщетными, что побудило некоторых ученых рекомендовать настроить параметры поиска. В новой статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv, профессор астрономии и астрофизики Джейсон Т. Райт из Центра экзопланет и обитаемых миров и Центра внеземной разведки штата Пенсильвания (PSTI) рекомендует исследователям SETI уточнить поиск, ища признаки активности. . Другими словами, он рекомендует искать сферы Дайсона исходя из того, для чего они могут быть использованы, а не просто по тепловым сигнатурам.
Ключом к исследованию Райта является предел Ландсберга, концепция термодинамики, которая представляет собой теоретический предел эффективности сбора солнечной радиации. Это жизненно важно, поскольку первоначальное предложение Дайсона во многом основывалось на идее о том, что вся жизнь использует градиенты свободной энергии, подобно фотосинтетическим формам жизни, которые полагаются на него для производства газообразного кислорода и органических питательных веществ. Он также утверждал, что технологически развитая жизнь может вырасти, чтобы использовать и использовать большее количество этой энергии. Однако у этой способности есть абсолютный предел: общая энергия, выделяемая звездой (видимый свет, инфракрасный, ультрафиолет и т. д.).
Поскольку энергию необходимо сохранять, Фримен Дайсон рассуждал, что часть этой энергии должна быть удалена из структуры Дайсона в виде отходящего тепла. Используя достижения инфракрасной астрономии, развивавшейся области во времена Дайсона, астрономы теоретически могли бы измерить энергию, используемую развитой цивилизацией, ища это тепло. На сегодняшний день было проведено только три исследования всего неба в среднем инфракрасном диапазоне, включая инфракрасный астрономический спутник (IRAS), широкоугольный инфракрасный исследовательский исследователь (WISE) и AKARI.
«Традиционно мы ищем инфракрасное излучение звезд, чтобы увидеть, есть ли у них орбитальный материал, нагретый от звездного света», — сказал Райт Universe Today по электронной почте. «Если это не та звезда, вокруг которой обычно вращается вещество, то мы можем присмотреться повнимательнее, чтобы увидеть, похож ли этот материал на пыль или что-то еще». Однако все попытки поиска до сих пор были несколько затруднены тем фактом, что не существует базовой теории того, как будет выглядеть отходящее тепло, поскольку свойства материалов сферы Дайсона остаются неизвестными.
Астрофизики (включая самого Райта) предложили несколько теоретических моделей того, как могут выглядеть их тепловые сигнатуры, но они были довольно простыми и основаны на многочисленных предположениях. К ним относятся сферическая симметрия оболочки и ее орбитальное расстояние от звезды, но при этом невозможно предсказать типичные температуры, радиационные взаимодействия или оптическую толщину материала. Это поднимает еще одну важную концепцию, которую рассматривал Райт, которая связана с назначением структуры Дайсона (какую «работу» она выполняет?), на основании которой можно сделать выводы о свойствах ее материала.
Дайсон признал, что улавливание энергии звезды было лишь одной из возможных мотиваций для строительства такой мегаструктуры. Например, несколько исследователей SETI предположили, что структуру Дайсона можно использовать в качестве звездного двигателя, способного перемещать звезды (двигатель Шкадова), или в качестве массивного суперкомпьютера (мозг Матрешки). Как и его тезка, мозг Матрешки имеет вложенную структуру, где внутренний слой поглощает прямой солнечный свет, а внешние слои используют отходящее тепло внутреннего слоя для оптимизации эффективности вычислений.
Более того, Райт рассмотрел инженерные проблемы строительства такой конструкции. В то время как Дайсон сосредоточил внимание на законах физики как на единственной основе существования мегаструктур, Райт также рассматривал связанные с этим практические инженерные аспекты. Исходя из этого, он предположил, что цивилизация может быть заинтересована в постепенном строительстве секций сферы, чтобы постепенно увеличивать их обитаемый объем вокруг звезды. Имея все это в виду, Райт применил термодинамику излучения к сферам Дайсона как вычислительным машинам и выяснил, каковы будут наблюдаемые последствия. Он пришел к выводу, что в создании гнездовых оболочек практически нет преимуществ и что оптимальное использование массы будет способствовать меньшим и более горячим сферам Дайсона. Более того, он указал, что будут заметные различия между «полными» сферами Дайсона (полностью собранными вокруг звезды) и теми, которые все еще находятся в стадии разработки. Как объяснил Райт:
«Вопреки ожиданиям некоторых авторов, что сферы Дайсона будут чрезвычайно большими и холодными, чтобы максимизировать их эффективность, я считаю, что для фиксированного баланса массы оптимальная конфигурация на самом деле — это очень маленькие горячие сферы, которые захватывают большую часть, но не всю свет, который ускользает. [Мы] могли бы расширить наши параметры поиска до температур значительно выше 300K (немного выше, чем на Земле), потому что работа по извлечению звездного света более эффективна ближе к звезде, где все горячее». Эти результаты могут помочь в будущих поисках структур Дайсона, которые, к сожалению, на данный момент ограничены. Заметным исключением является работа доктора астрофизики. студент Матиас Суазо (Университет Упсаллы) и его коллеги по проекту Гефест. Суазо представил свою работу еще в июне в рамках 2-го ежегодного симпозиума SETI в штате Пенсильвания, где он объяснил, как ученые проекта объединили данные обсерватории Гайя ЕКА, двухмикронного обзора всего неба (2MASS) и широкоугольного инфракрасного обзора НАСА. (WISE), чтобы сузить поиск тепловых сигнатур, которые могут указывать на наличие мегаструктур.
Объединенные данные выявили около 5 миллионов возможных кандидатов в объеме диаметром около 1000 световых лет. После создания «наилучшей подходящей» модели, основанной на профилях температуры и освещенности, исключающей возможные природные источники, Суазо и его команда отсеяли список до 20 жизнеспособных кандидатов. Эти источники, вероятно, станут объектом последующих наблюдений с помощью телескопов следующего поколения в ближайшем будущем. Тем временем поиски продолжаются, и, хотя они не дали окончательных доказательств существования мегаструктур, вероятность их существования остается. Как известно, Дайсон сказал, рассматривая возможные мотивы для такой инженерии. «Мое правило таково: нет ничего настолько грандиозного и столь безумного, что одно из миллиона технологических обществ не могло бы чувствовать себя обязанным сделать, при условии, что это физически возможно». Если всего лишь горстка развитых цивилизаций взялись за мегаинженерные проекты в нашей галактике, мы рано или поздно их обнаружим.
