[论文解读] 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 8

一句话总结

本研究利用默奇森宽场阵列（MWA）对72–102 MHz频段内来自星际天体'Oumuamua的窄带和宽带无线电信号进行了偶然搜索，未发现任何非地球来源的信号。研究设定了等效全向辐射功率（EIRP）的上限：窄带脉冲信号为7 kW，持续窄带信号为840 W，以及宽带脉冲信号为100 kW，证明了利用下一代射电望远镜（如MWA和未来的SKA）开展低成本、共用型SETI是可行的。

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.

研究动机与目标

• 调查' Oumuamua（一种具有异常轨道和形态特征的星际天体）是否可能为人工星际飞行器，方法是搜寻其是否存在人工射电信号。
• 评估利用现有天体物理巡天作为机会性平台开展地外文明搜寻（SETI）实验的可行性。
• 建立' Oumuamua在低频射电频段潜在人工射电信号的等效全向辐射功率（EIRP）上限。
• 证明可利用Murchison Widefield Array（MWA）等仪器，作为标准天文观测的副产品，开展低成本、高灵敏度的SETI实验。

提出的方法

• 利用MWA于2017年11月28日对包含' Oumuamua的天区进行偶然观测，时间分辨率为0.5 s，频率分辨率为10 kHz。
• 系统性地搜寻三类信号：脉冲窄带、持续窄带和脉冲宽带射电信号。
• 采用源/背景切换方法识别并排除地球干扰，利用MWA的射电宁静台址和低射频干扰环境。
• 利用MWA的宽视场（>1000 deg²）实现共用型SETI，无需专用观测时间，充分利用现有天体物理数据。
• 采用波束成形和基带电压采集技术，实现高于原始相关器的频谱分辨率，从而实现对瞬变信号的高灵敏度探测。
• 评估偏振特性作为未来改进方向，指出有意发射的信号可能高度极化，从而可降低检测阈值。

实验结果

研究问题

• RQ1 ' Oumuamua是否可能为人工星际探测器，若是，其是否可能在低频段发射可探测的射电信号？
• RQ2 基于MWA的灵敏度，' Oumuamua潜在人工射电信号的等效全向辐射功率（EIRP）上限是多少？
• RQ3 在使用MWA等宽视场、低频射电望远镜时，偶然共用型SETI方法的有效性如何？
• RQ4 低频射电巡天能否探测到来自星际天体的、比可从系外行星探测到的信号弱数个数量级的人工信号？
• RQ5 未来仪器如平方千米阵列（SKA）在实现低成本、大规模对附近星际天体的SETI巡天方面可能发挥什么作用？

主要发现

• 在MWA对' Oumuamua的观测中，72–102 MHz频段内未检测到任何非地球来源的射电信号。
• 脉冲窄带信号的等效全向辐射功率（EIRP）上限为7 kW，表明任何此类发射器的功率均处于人类技术水平范围内。
• 持续窄带信号的EIRP上限为840 W，进一步限制了' Oumuamua持续发射人工信号的可能性。
• 脉冲宽带信号的EIRP上限为100 kW，表明即使瞬态、宽带发射信号，只要功率低于此阈值，也应可被探测到。
• 本研究证实，低频、宽视场仪器如MWA可作为标准天文观测的副产品，开展高灵敏度、低成本的SETI搜索。
• 结果支持利用下一代仪器（如SKA）扩展SETI工作，其中共用观测可显著扩大目标覆盖范围，且无需显著增加成本。