[論文レビュー] A Serendipitous MWA Search for Narrow-band and Broad-band Low Frequency Radio Transmissions from 1I/2017 U1 'Oumuamua

S. J. Tingay, D. L. Kaplan+19 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2018

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、Murchison Widefield Array (MWA) を用いて 72–102 MHz の周波数帯で 'Oumuamua からの狭帯域および広帯域の電波信号を偶然的（serendipitous）に探索したが、地球外由来の信号は検出されなかった。等価アイソトロープ放射出力（EIRP）の上限は、狭帯域インパルス信号で 7 kW、持続的狭帯域信号で 840 W、広帯域インパルス信号で 100 kW であった。これは、次世代の電波望遠鏡（MWA や将来の SKA など）を用いて低コストで共存型 SETI を実施できることが示された。

ABSTRACT

We examine data from the Murchison Widefield Array (MWA) in the frequency range 72 -- 102 MHz for a field-of-view that serendipitously contained the interstellar object 'Oumuamua on 2017 November 28. Observations took place with time resolution of 0.5 s and frequency resolution of 10 kHz. %This observation was undertaken for another purpose but due to the MWA's extremely large field-of-view, 'Oumuamua was serendipitously observed simultaneously. Based on the interesting but highly unlikely suggestion that 'Oumuamua is an interstellar spacecraft, due to some unusual orbital and morphological characteristics, we examine our data for signals that might indicate the presence of intelligent life associated with 'Oumuamua. We searched our radio data for: 1) impulsive narrow-band signals; 2) persistent narrow-band signals; and 3) impulsive broadband signals. We found no such signals with non-terrestrial origins and make estimates of the upper limits on Equivalent Isotropic Radiated Power (EIRP) for these three cases of approximately 7 kW, 840 W, and 100 kW, respectively. These transmitter powers are well within the capabilities of human technologies, and are therefore plausible for alien civilizations. While the chances of positive detection in any given Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) experiment are vanishingly small, the characteristics of new generation telescopes such as the MWA (and in the future, the Square Kilometre Array) make certain classes of SETI experiment easy, or even a trivial by-product of astrophysical observations. This means that the future costs of SETI experiments are very low, allowing large target lists to partially balance the low probability of a positive detection.

研究の動機と目的

• 「Oumuamua が異常な軌道的・形状的特徴を示す恒星間物体であることを踏まえ、人工的電波送信が可能かどうかを調査すること。
• 既存の天体物理学的調査を、地球外知的生命体探索（SETI）実験のための偶然的プラットフォームとして利用できるかどうかを評価すること。
• 低周波数帯における 'Oumuamua からの人工的電波放射の等価アイソトロープ放射出力（EIRP）の上限を設定すること。
• Murchison Widefield Array (MWA) のような機器を用いて、標準的な天文観測の副産物として、低コストで高感度の SETI 実験を実施できるかどうかを実証すること。

提案手法

• 2017年11月28日に 'Oumuamua を含む領域を MWA で偶然観測し、時間分解能 0.5 s、周波数分解能 10 kHz で解析した。
• インパルス的狭帯域、持続的狭帯域、インパルス的広帯域電波放射の3種類の信号タイプについて、体系的な探索を実施した。
• 地上の電波妨害を同定・除外するために、オン/オフ源スイッチングを適用した。MWA の電波が静穏な立地と低RFI環境を活用した。
• MWA の広視野（>1000 deg²）を活用し、専用の観測時間なしに共存型 SETI を実現。既存の天体物理学データを活用した。
• ビームフォーミングおよび電圧キャプチャ技術を用いて、元来の相関器よりも高い周波数分解能を達成。これにより、高感度な瞬時信号検出が可能になった。
• 偏光特性の評価を今後の改善策として挙げ、意図的な送信は高偏光度である可能性があるため、検出閾値を低く抑えられる可能性があると指摘した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 「Oumuamua が人工的恒星間探査機である可能性があり、もしそうなら低周波数帯で検出可能な電波信号を発しているのだろうか？
• RQ2 MWA の感度を考慮した場合、'Oumuamua からの人工的電波放射の等価アイソトロープ放射出力（EIRP）の上限は何か？
• RQ3 MWA のような広視野・低周波数電波望遠鏡を用いた場合、偶然的で共存型のSETIアプローチはどの程度効果的か？
• RQ4 低周波数電波調査は、系外惑星からの検出可能な信号よりも数個桁小さい電波出力を持つ恒星間物体からの人工信号を検出できるか？
• RQ5 将来の装置（例：Square Kilometre Array（SKA））は、近接する恒星間物体を対象とした低コストで大規模なSETI調査をどのように可能にするか？

主な発見

• MWA による 'Oumuamua の観測において、72–102 MHz の周波数帯で地球外由来の電波信号は検出されなかった。
• インパルス的狭帯域信号の等価アイソトロープ放射出力（EIRP）の上限は 7 kW であり、これはいかなる送信機も人類の技術範囲内に収まることを示している。
• 持続的狭帯域信号のEIRP上限は 840 W であり、'Oumuamua からの連続的人工送信の可能性はさらに制限された。
• インパルス的広帯域信号のEIRP上限は 100 kW であり、これは一時的で広帯域の放射であっても、この出力閾値を超えていれば検出可能であることを示している。
• 本研究は、MWA のような低周波数・広視野型機器が、天体物理学的観測の副産物として、感受性の高い低コストのSETI探索を実施できることを確認した。
• 結果は、次世代装置（例：SKA）を用いたSETIのスケーリングが可能であることを支持しており、共存観測により追加コストをほとんどかけずにターゲットカバレッジを大幅に拡大できる可能性がある。