[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出使用大视场射电干涉测量，特别是甚长基线干涉测量（VLBI），对邻近及河外目标开展SETI搜寻。通过利用多个基线实现信号冗余，并实现高时间和频率分辨率，该方法可降低误报率，同时实现对数千个源的并行分析；利用存档数据验证了其可行性，对红移z=0.14的河外星系和银河系内恒星的潜在信号设定了粗略上限。

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.

研究动机与目标

• 研究利用大视场射电干涉测量开展定向和全天区SETI搜寻的可行性。
• 通过利用干涉基线对射频干扰（RFI）的天然抑制特性，降低SETI探测中的误报率。
• 利用VLBI技术在单个视场内同时分析数千个潜在目标。
• 通过多基线信号冗余，评估探测微弱瞬态信号的潜力。
• 评估将SETI观测扩展至银河系以外河外源的科学价值。

提出的方法

• 利用大视场VLBI观测的存档数据，在成像平面上搜索窄带信号。
• 应用高时间和频率分辨率，检测具有有意发射特征的瞬态或频率漂移信号。
• 利用多个干涉基线提供冗余性，并对候选信号进行交叉验证。
• 在成像平面上进行源定位，假设信号位置在短 timescale 内保持稳定，尽管存在多普勒频移。
• 应用信号检测算法，识别可见度域中的潜在人工窄带辐射。
• 估算检测到或未检测到信号的有效全向辐射功率（EIRP）上限，以评估技术上的合理性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与单镜面或波束成形阵列方法相比，大视场VLBI技术在SETI搜寻中是否能有效降低误报率？
• RQ2 干涉阵列中的多个基线在多大程度上可提高对微弱或瞬态SETI信号检测的信心？
• RQ3 在单个VLBI视场内同时对数千个目标进行SETI搜寻是否可行？
• RQ4 存档VLBI数据是否可有效重用于SETI信号探测，而无需专用观测时间？
• RQ5 潜在河外信号的EIRP上限是多少？其是否仍处于先进文明可能达到的合理范围内？

主要发现

• 多个干涉基线的使用提供了显著的冗余性，增强了信号检测的置信度并降低了误报率。
• 由于具备大视场成像能力，VLBI可实现在单个视场内同时分析数千个潜在的SETI目标。
• 在成像平面上的信号定位为稳定参考点，即使因多普勒效应导致频率漂移也保持稳定。
• 本文对银河系内恒星和红移z=0.14的遥远星系可能存在的SETI信号设定了粗略上限。
• 河外目标的有效全向辐射功率（EIRP）与卡达肖夫II型文明相当，但若采用分布式相干发射阵列，可降低至更合理的水平。
• 结果支持利用干涉技术将定向SETI观测扩展至河外源的科学价值。