[論文レビュー] Laser Communication with Proxima and Alpha Centauri using the Solar Gravitational Lens

Geoffrey W. Marcy, Nathaniel K. Tellis+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2021

Space Science and Extraterrestrial Life参考文献 26被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、太陽の重力レンズ（SGL）焦点領域に位置するプロキシマ・ケンタウリおよびアルファ・セントauriの反対側からレーザー信号を探索した。0.25秒露光時間の2台のオブジェクティーブレッド・プリズム望遠鏡を用い、380–950 nmの波長範囲で、プロキシマ・ケンタウリに対して88,000枚、アルファ・セントauriに対して47,000枚の露光を実施したが、パルス信号や連続レーザー放射は検出されなかった。1メートルの回折限界レーザーが550 AU離れた位置にあり、地球でビームを受信すると仮定した場合、感度限界は100 Wであった。この結果は、高度な文明が地球に向けて送信を避ける可能性があるという仮説を支持する。

ABSTRACT

A search was conducted for laser signals, both sub-second pulses and continuous emission, from the regions of the sky opposite Proxima and Alpha Centauri. These regions are located at the foci of the gravitational lensing caused by the Sun, ideal for amplifying transmissions between our Solar System and those two nearest stellar neighbors. During six months in 2020 and 2021, 88000 exposures for Proxima Cen and 47000 exposures for Alpha Cen were obtained. No evidence was detected of light pulses or continuous laser emission in the wavelength range of 380 to 950 nm. We would have detected a laser having a power of just 100 Watts.

研究の動機と目的

• 太陽の重力レンズ（SGL）焦点領域に位置するプロキシマ・ケンタウリおよびアルファ・セントauriの反対側から単色レーザーパルスおよび連続放射を探索すること。
• 高度な文明が重力レンズ効果を用いて恒星間通信を行う可能性があり、地球に向けてビームを指向しているという仮説を検証すること。
• 高時間分解能および広視野分光法を用いた地上望遠鏡によるレーザー信号の検出可能性を評価すること。
• 重力レンズ効果による信号増幅が生じる天の川領域を標的とすることで、SETIに貢献すること。
• オブジェクティーブレッド・プリズム望遠鏡を用いた非侵襲的で全天空をカバーするサーベイによって、技術的信号の検出可能性を評価すること。

提案手法

• 0.25秒露光時間の2台のオブジェクティーブレッド・スミス望遠鏡を用い、ミリ秒未塔のレーザーパルスを検出可能とした。
• 2度の視野範囲にわたる低分解能分光法を用い、狭帯域の光学的放射を検出した。
• 2020–2021年の6か月間にわたり観測を実施し、プロキシマ・ケンタウリに対して88,000枚、アルファ・セントauriに対して47,000枚の露光を取得した。
• CMOSセンサーの画像を用い、380–950 nmの波長範囲で単色信号を分析した。
• 1メートルの回折限界レーザーが太陽の重力焦点（550 AU）に位置する場合、100 Wの感度にキャリブレーションした。これは、地球でビームを受信すると仮定した場合のものである。
• 二重望遠鏡構成を用いることで、きらめきや機器由来の誤検出を最小限に抑えた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽の重力レンズ焦点領域に位置するプロキシマ・ケンタウリおよびアルファ・セントauriの反対側から、レーザーパルスまたは連続放射を検出できるか？
• RQ2 太陽から550 AU離れた位置にあり、1メートルの回折限界レーザー送信機が設置された場合、最小でどの程度の出力が検出可能か？
• RQ3 検出不能な信号の欠如は、宇宙文明が地球に向けて送信を避けるか、あるいは代替の通信方法を用いていることを示唆するか？
• RQ4 重力レンズ効果は、恒星間レーザー信号の検出可能性をどのように向上させるか？また、この効果は標的型のSETIサーベイにどのように利用できるか？
• RQ5 過去の全天空サーベイが、非検出の結果を示しているが、それらは恒久的なレーザー放射が存在しない可能性をどの程度まで排除しているのか？

主な発見

• プロキシマ・ケンタウリに対して88,000枚、アルファ・セントauriに対して47,000枚の露光を実施したが、380–950 nmの波長範囲でパルス信号や連続レーザー放射は検出されなかった。
• 本サーベイは、太陽の重力焦点（550 AU）に位置する1メートルの回折限界レーザー送信機が100 Wの出力で発信する場合の感度限界を達成した。
• 本研究の非検出結果は、高分解能分光法を用いたプロキシマ・ケンタウリのレーザー放射非検出結果（Marcy 2021）と整合的である。
• 信号の欠如は、恒星間レーザー通信が意図的に地球から逸脱しているか、あるいは視線に交差しない広いビーム幅を用いている可能性を示唆している。
• 本研究の結果は、技術的信号が宇宙空間のわずかな体積に集中しているか、あるいは地球からの検出を意図的に隠している可能性があるという仮説を支持する。
• 本研究は、SETIにおける非検出結果の重要性を強調しており、過去の全天空サーベイも、広範な空域カバレッジを有しながらも、恒久的なレーザー放射を検出できなかった。