211service.com
De 8-dimensionale ruimte die moet worden doorzocht naar buitenaards leven
Foto door Brett Ritchie | Unsplash
De Fermi-paradox is het contrast tussen de waarschijnlijkheid dat er elders in het universum leven bestaat en het gebrek aan bewijs daarvoor.
Dit is een belangrijk raadsel. Aan de ene kant is er een sterk gevoel dat de omstandigheden op aarde die hebben geleid tot het ontstaan van leven niet uniek kunnen zijn. Dit maakt het waarschijnlijk dat het leven gemeenschappelijk moet zijn.
Maar aan de andere kant hebben astronomen de kosmische hooiberg afgezocht naar de naald die elders in het universum tekenen van intelligent leven zou vertegenwoordigen en kwamen ze met niets. Als gevolg hiervan hebben veel waarnemers geconcludeerd dat er geen duidelijke tekenen zijn.
Anderen zijn het er niet mee eens. In 2010 voerden de astronoom Jill Tarter en collega's aan dat buitenaardse radiobakens voor de hand liggend en algemeen zouden kunnen zijn in onze melkweg, maar dat astronomen dit niet zouden weten omdat hun zoekopdrachten onvolledig waren.
Deze zoekopdrachten, zeiden Tarter en co, zijn als het doorzoeken van een drinkglas zeewater naar sporen van vissen in alle oceanen van de aarde.
Dat is een kleurrijke metafoor, maar gezien de aanzienlijke inspanningen die zijn gestoken in de Search for Extra-Terrestrial Intelligence (SETI), hoe nauwkeurig is deze?
Vandaag krijgen we een antwoord dankzij het werk van Jason Wright en collega's van de Pennsylvania State University. Deze jongens hebben de parameterruimte gekarakteriseerd die astronomen nodig hebben om te zoeken naar tekenen van buitenaards leven. Ze zeggen dat deze ruimte zo groot is dat SETI-zoekopdrachten tot nu toe weinig meer hebben opgeleverd dan het oppervlak krassen.
De methode van Wright en co is eenvoudig. Ze beginnen met het maken van een wiskundig model van de zoekruimte die astronomen moeten verkennen en berekenen vervolgens welke fractie tot nu toe is onderzocht.
We ontwikkelen de metafoor van de multidimensionale 'Kosmische Hooiberg' ... tot een kwantitatief, achtdimensionaal model en voeren een analytische integraal uit om de fractie van deze hooiberg te berekenen die verschillende grote SETI-radioprogramma's gezamenlijk hebben onderzocht, zeggen ze.
Deze parameterruimte is enorm. De relevante dimensies omvatten de drie dimensies van de ruimte, het frequentiebereik van potentiële signalen, hun herhalingssnelheid, polarisatie en modulatie, de transmissiebandbreedte en de gevoeligheid van zoekopdrachten voor dit uitgezonden vermogen.
Het volume van de driedimensionale ruimte dat kan worden doorzocht, is het volume van het universum dat op een bepaalde afstand is gecentreerd op ons zonnestelsel. Wright en co definiëren dit als 10 kiloparsecs - ongeveer 30.000 lichtjaar, of ruwweg de afstand tot de bolvormige sterrenhopen die rond het Melkwegstelsel draaien.
De meeste radiotelescopen kunnen signalen in beide polarisaties tegelijkertijd waarnemen, maar dit is in het verleden niet altijd het geval geweest. Dit is dus een dimensie die de verkenning van de parameterruimte beperkt.
Andere dimensies zijn moeilijk te karakteriseren. De signaalherhalingssnelheid is bijvoorbeeld lastig te hanteren in het model. Continue signalen zijn gemakkelijk te verwerken, maar signalen die zelden worden herhaald, zijn moeilijk. Een relevant voorbeeld is het beroemde Wow! signaal opgenomen in 1977 door de Big Ear-radiotelescoop van de Ohio State University. Het wordt zo genoemd omdat onderzoekers de gegevens annoteerden door Wow! in de marges.
Maar ondanks verschillende pogingen is dit signaal nooit meer waargenomen. Dat kan zijn omdat het volledig onecht is, maar het kan zijn omdat de herhalingssnelheid zo laag is.
Het bepalen van de grootte van deze kosmische hooiberg is dan de taak om al deze ruimtes bij elkaar op te tellen. Zoals Wright en co het uitdrukken: Het volume van de hooiberg is dan een bepaalde volume-integraal in deze 8D-ruimte, en de gezochte fractie kan worden berekend met de gevoeligheidsfunctie voor een bepaald onderzoek.
Het resultaat is een ruimte van werkelijk gigantische proporties. Dit leidt tot een totaal 8D hooibergvolume van 6,4 × 10116 m5Hz2 s/W, zeggen Wright en co.
Maar hoeveel hiervan hebben astronomen onderzocht? Wright en co zeggen dat de zoekopdrachten tot nu toe slechts 5,8 x 10-18 van dit volume hebben bestreken.
Dat is een kleine fractie. Om dit in de context van de oorspronkelijke vergelijking van Tarter et al. te plaatsen, is het totale volume van de oceanen op aarde 1,335 x 1021 liter. De totale zoektocht tot nu toe komt dus overeen met het doorzoeken van 7.700 liter zeewater. Aangezien een kubieke meter 1.000 liter is, is dat ongeveer de grootte van een grote hottub.
Dat is aanzienlijk groter dan de schatting van Tarter et al. van een drinkglas, maar het is nog steeds klein in het grotere geheel. Zelfs onze grotere schatting onderstreept hoe weinig er daadwerkelijk is gezocht, zeggen Wright en co.
Dat is interessant werk omdat het de zoektocht naar buitenaardse intelligentie in context plaatst. De foto van Wright en co suggereert niet dat SETI heeft gefaald, maar dat het nog maar net is begonnen.
Het is duidelijk dat er nog veel meer moet worden gezocht, ook al lijkt de taak lastiger dan ooit. Zoals Wright en co het uitdrukken: Men hoopt dat de Cosmic Haystack rijk is aan naalden.
Referentie: arxiv.org/abs/1809.07252 : Hoeveel SETI is gedaan? Naalden vinden in de n-dimensionale kosmische hooiberg