[论文解读] SETI at X-ray Energies - Parasitic Searches from Astrophysical Observations

R. H. D. Corbet|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2016

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 25被引用 4

一句话总结

本文提出通过利用现有高能天体物理学观测数据，对X射线双星和脉冲星进行寄生式SETI（搜寻地外文明计划）研究，因其高光度和可调制的辐射特性，这些天体可作为天然或人为的信标。主要贡献在于：先进文明可能利用这些系统发射可探测的窄带或脉冲X射线信号，而当前的X射线望远镜——尤其是具备高时间或光谱分辨率的设备——可无需额外成本地搜索此类信号。

ABSTRACT

If a sufficiently advanced civilization can either modulate the emission from an X-ray binary, or make use of the natural high luminosity to power an artificial transmitter, these can serve as good beacons for interstellar communication without involving excessive energy costs to the broadcasting civilization. In addition, the small number of X-ray binaries in the Galaxy considerably reduces the number of targets that must be investigated compared to searches in other energy bands. Low mass X-ray binaries containing neutron stars in particular are considered as prime potential natural and artificial beacons and high time resolution (better than 1ms) observations are encouraged. All sky monitors provide the capability of detecting brief powerful artificial signals from isolated neutron stars. New capabilities of X-ray astronomy satellites developed for astrophysical purposes are enabling SETI in new parameter regimes. For example, the X-ray Timing Explorer satellite provides the capability of exploring the sub-millisecond region. Other planned X-ray astronomy satellites should provide significantly improved spectral resolution. While SETI at X-ray energies is highly speculative (and rather unfashionable) by using a parasitic approach little additional cost is involved. The inclusion of X-ray binaries in target lists for SETI at radio and other wavebands is also advocated.

研究动机与目标

• 探索利用X射线双星和脉冲星作为天然或人为信标进行星际通信的可行性。
• 通过提出无线电波段以外的电磁波段（特别是X射线）来应对仅依赖无线电波段SETI的局限性。
• 证明寄生式X射线SETI可无需额外硬件或任务成本，仅利用现有X射线天文任务的数据开展。
• 倡导在包括无线电和光学在内的多个波段中，将明亮X射线源纳入定向SETI搜索范围。
• 强调X射线探测器在时间与光谱分辨率上的提升，为探测人工信号开辟了新的参数空间。

提出的方法

• 利用X射线双星（特别是低质量脉冲星系统）的高时间分辨率观测（优于1 ms），检测脉冲或调制信号。
• 在X射线天文台（如X射线时变实验望远镜XTE和ASCA）的档案数据中系统性地搜索窄带相干X射线信号。
• 利用全天监测仪（如XTE全天监测仪）探测孤立脉冲星发出的短暂而强烈的瞬变信号。
• 应用下一代探测器（如微热量计、超导隧道结）的增强光谱分辨率，识别能量带中的人工调制。
• 研究通过质量抛射、吸积盘遮挡或辐射再循环等方式在X射线双星系统中实现人工调制的可能性。
• 利用现有的“机会目标”观测计划，对可能具有人工起源的X射线瞬变源进行快速后续观测。

实验结果

研究问题

• RQ1 由于其高光度和可调制的辐射特性，X射线双星是否可作为可行的天然或人为信标用于星际通信？
• RQ2 当前和未来的X射线仪器能够探测到哪些类型的人工X射线信号（如脉冲、窄带或瞬变信号）？
• RQ3 如何在不增加成本或硬件的前提下，将SETI工作寄生式地整合进现有的X射线天体物理学任务中？
• RQ4 高时间分辨率与光谱分辨率能力在区分人工信号与天然天体物理变异性方面发挥何种作用？
• RQ5 若探测到周期短于脉冲星最小自转周期的相干X射线信号，是否可作为人工起源的强有力证据？

主要发现

• X射线双星，特别是低质量脉冲星系统，因其高光度和内在变异性，是天然和人为信标的有力候选者。
• 中子星中引力能转换的利用可实现高效的X射线辐射，使其在能量上成为人工信号发射的有利选择。
• 高时间分辨率观测（优于1 ms）对于探测人工脉冲至关重要，尤其是周期短于中子星最小自转周期的信号。
• 当前X射线探测器在7 keV能量处能量分辨率约为20%（如正比计数器）尚不足以探测窄带人工信号，但下一代仪器（如微热量计）将显著提升探测能力。
• 利用现有X射线数据（特别是来自XTE任务和未来高分辨率X射线天文台）开展寄生式SETI，可在不增加成本的情况下扩展人工信号的探测参数空间。
• 在多波段SETI计划（如无线电、光学）中纳入明亮X射线源，可提高探测由X射线双星供能的信息丰富信标的概率。