[論文レビュー] SETI surveys of the nearby and distant universe employing wide-field radio interferometry techniques

M. A. Garrett|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 2018

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、特に非常に長基線干渉計測定（VLBI）を用いた広視野電波干渉計測を用いて、近傍および銀河外の標的に対するSETI調査を提案する。複数の基線を用いることで信号の冗長性と高時間・周波数分解能を実現し、誤検出を低減するとともに、同時に数千もの標的を分析可能となる。アーカイブデータを用いた実証により、実現可能性が示され、赤方偏移z=0.14の銀河からの潜在的信号に対して粗い上限が設定された。

ABSTRACT

Long baseline radio interferometers can provide some interesting opportunities for future SETI searches. Known advantages (compared to single dishes or beam-formed arrays), include the large reduction in false-positives due to the interferometer's natural suppression of RFI. This paper presents other advantages - the presence of multiple interferometer baselines in an array provide an important level of redundancy and additional confidence (verification) in the detection of faint and potentially transient signals. The SETI requirement for high time and frequency resolution is well matched to wide-field VLBI techniques that permits the simultaneous analysis of thousands of potential SETI targets within the field-of-view. Searching for a SETI signal in the image plane has the important advantage that the signal location on the sky is likely to be invariant on short timescales - this is a useful constraint when potentially almost everything else could be changing (eg frequency drift due to Doppler accelerations). Using archive data, we demonstrate how VLBI can be used to conduct SETI searches. We target two targets within the field of view - a galactic star and a galaxy at a redshift of 0.14. We place coarse upper limits on any SETI signals from the two SETI targets, and note that while the EIRP associated with the galaxy is comparable to the energy resources of a Kardashev Type 2 civilisation, a distributed array of coherent transmitters with excellent forward gain, could reduce this to more modest levels. We therefore argue that targeted observations of extragalactic sources may also be merited by interferometer surveys. Using VLBI to study the precise location and motion of confirmed SETI signals is also discussed.

研究の動機と目的

• 広視野電波干渉計測を用いた標的探索および全天探索のSETI調査の実現可能性を調査すること。
• 干渉計測の基線が自然に電波干渉（RFI）を抑える性質を活用し、SETI検出における誤検出を低減すること。
• VLBI技術を用いて、1つの視野内に数千もの潜在的標的を同時に分析可能とする。
• 複数の基線にわたる信号の冗長性を通じて、微弱で一時的な信号の検出可能性を評価すること。
• SETI観測を銀河系を超えて銀河外源へ拡張する科学的価値を評価すること。

提案手法

• 画像平面における狭帯域信号を探索するために、広視野VLBI観測のアーカイブデータを活用する。
• 一時的または周波数ドリフトを示す信号の特徴に適合する高時間・周波数分解能を適用する。
• 複数の干渉計測基線を活用し、候補信号の冗長性と相互確認を実現する。
• ドップラー効果による周波数変化が生じても、短時間スケールで信号位置が安定すると仮定し、画像平面における源の局在化を実施する。
• 可視性領域における信号検出アルゴリズムを適用し、人工的狭帯域放射の可能性を同定する。
• 検出されたまたは非検出の信号に対する有効アイソトロープ放射出力（EIRP）の上限を推定し、技術的妥当性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 広視野VLBI技術は、単一電波望遠鏡やビームフォーマー配列法と比較して、SETI調査における誤検出を著しく低減できるか？
• RQ2 干渉計測配列における複数の基線は、微弱または一時的信号の検出における信頼性をどの程度向上できるか？
• RQ3 1つのVLBI視野内に数千もの標的を同時にSETI調査可能か？
• RQ4 専用観測時間なしに、アーカイブVLBIデータを効果的にSETI信号検出に再利用可能か？
• RQ5 銀河外信号のEIRP上限は何か？また、それらは高度文明が発信可能な範囲内に収まるか？

主な発見

• 複数の干渉計測基線の使用により、信号検出の信頼性が著しく向上し、誤検出が低減される。
• VLBIは広視野画像化能力のおかげで、1つの視野内に数千もの潜在的SETI標的を同時に分析可能である。
• 画像平面における信号局在化は、ドップラー効果による周波数ドリフトがあっても安定した基準点を提供する。
• 本論文は、銀河系の星および赤方偏移z=0.14の遠方銀河からの潜在的SETI信号に対して、粗い上限を設定した。
• 銀河外標的の有効アイソトロープ放射出力（EIRP）は、カーダシェフ型II文明と同等の規模であるが、分散的かつコherently配列された送信機アレイを用いれば、より現実的な水準にまで低減可能である。
• 結果は、干渉計測技術を用いた標的SETI観測を銀河系外源へ拡張する科学的価値を支持する。