世界上最大的射电望远镜FAST刚刚扫描了33颗系外行星 寻找外星人的信号

500米口径球面望远镜(FAST)刚刚在西南省份贵州完成建造。Credit: FAST
（神秘的望远外星地球uux.cn）据美国物理学家组织网（by Matt Williams, Universe Today）：位于中国的500米口径球面望远镜(FAST)是目前世界上最大、最复杂的刚刚扫射电天文台。虽然它的描颗主要目的是进行大规模的中性氢调查(宇宙中最常见的元素)，研究脉冲星和探测快速射电爆发(FRB)，系外行星寻找信号但科学家们已经计划在寻找外星智能(SETI)中使用该阵列。世界上最射电这个研究领域的望远外星一个组成部分是寻找技术特征，这是刚刚扫表明先进文明存在的技术活动的标志。
虽然自20世纪60年代第一次调查开始以来，描颗已经提出了许多潜在的系外行星寻找信号技术签名，但无线电传输仍然被认为是世界上最射电最有可能的，并且仍然是望远外星研究最多的。在最近的刚刚扫一次调查中，一个SETI研究人员的描颗国际团队使用一种新方法对33个系外行星系统进行了有针对性的搜索，他们称之为“MBCM盲搜索模式”虽然研究小组利用这种模式探测到了两种“特殊信号”，系外行星寻找信号但他们排除了它们是来自高级物种的传输的想法。然而，他们的调查证明了这种新的盲模式的有效性，并可能在未来产生似乎合理的候选信号。
这项调查是由代表FAST collaboration、Breakthrough Listen和多个大学和研究所的研究人员进行的。这包括北京师范大学天文学和天体物理学前沿研究所、北京科学技术研究院、加州大学伯克利分校空间科学实验室、德州大学天文科学研究所、齐鲁师范大学物理和电子工程学院以及格拉斯哥大学。描述他们工作的论文已经被《天体物理学杂志》接受发表。
第一个SETI实验(Ozma计划)发生在1960年，由弗兰克·德雷克教授指导，德雷克方程就是以他的名字命名的。从那时起，大多数SETI实验都在寻找无线电通信作为技术特征，因为它们在星际空间传播的有效性。最早的实验在特定的频率上进行搜索，像中性氢(21厘米)和羟基(18厘米)的吸收线，对应于1.4和1.6千兆赫(GHz)的无线电频率。
但是随着技术的进步，SETI系统的可用带宽已经扩展到了几十GHz的范围。此外，SETI调查已经开始依赖一种称为多波束符合匹配(MBCM)的策略来处理RFI并将其从信号噪声中过滤出来。Vishal Gajjar博士是加州大学伯克利分校SETI研究所的研究员，也是这项研究的合著者，他通过电子邮件向《今日宇宙》解释道:
“单碟射电望远镜观察天空的一小部分，称为光束，大约是一臂长的铅笔尖大小。尽管这些望远镜很精确，但它们经常会受到附近陆地来源的干扰。为了克服这个问题，一些望远镜配备了多个光束，允许它们同时观察天空中的几个小区域。通过同时在所有波束中搜索感兴趣的信号，我们可以确定信号是否真正来自天空中的某个源，或者它是否是干扰的结果。当在多个波束中检测到信号时，很可能是地面干扰。”
根据Gajjar的说法，MCBM被认为优于传统方法有三个主要原因。其中包括:
1.更高的准确性和稳健性:MBCM可以消除由地面干扰引起的假阳性检测，从而产生更准确的结果。MBCM不易受陆地来源的干扰，因此比传统方法更稳定可靠。
2.处理速度更快:MBCM可以实时执行，比需要后处理的传统方法更快。
3.扩大覆盖范围:MBCM通过使用多波束提供更大的视野，比单波束提供更大的覆盖范围。

艺术家对快速射电爆发(FRB)的印象。Credit: Danielle Futselaar
这第三个优势对于Gajjar博士和国际团队的工作是不可或缺的。FAST望远镜是世界上最大的射电阵列，配备了19束接收器，允许天文学家同时观察天空中的19个不同位置。当与FAST的仪器配合使用时，MCMB技术有效地消除了干扰源，确保了精确的观测。在他们的研究中，该团队使用传统的MBCM策略和一种新的搜索方法观察了33颗附近的系外行星，他们称之为“MBCM盲搜索模式”
正如他们在论文中指出的，盲搜索模式是受最近开发的用于研究FRB的多波束盲搜索模式的启发。基本思想是使用FAST的所有19个波束来搜索ETI信号，其中中心波束(波束1)跟踪目标，而其他波束作为参考波束。如果一个信号覆盖了不相邻的波束，超过四个相邻的波束，或者一条线上有三个或更多的波束，该小组将该信号归类为RFI。他们还发现了四种波束覆盖方式，可以显示无线电信号来自ETI。
如下图所示，这些包括FAST的19个梁中的任何一个，两个相邻的梁(图1a)，三个相邻的梁形成一个等边三角形(图1b)，四个相邻的梁形成一个紧凑的菱形(图1c)。任何不符合这四个类别的波束覆盖安排(如图表第二行中的三个示例)都被认为是假阳性并被拒绝。正如Gajjar所指出的，这篇论文建立在以前的工作基础上，他们用FAST对相同的33个系外行星系统进行了有针对性的观测:
“在这些观测中，我们将19波束接收器的中央波束瞄准每个单独的目标，并且只分析目标所在的中央波束的数据。如果检测到感兴趣的信号，我们会交叉检查其他波束的相同频率，以消除地面干扰。在本文中，我们通过在所有19个光束中盲目搜索信号来进行更全面的搜索，而不管视野中是否存在任何系外行星系统。这种方法允许我们进行不可知的搜索，而无需事先了解光束中存在的任何潜在目标。”

MBCM盲搜索模式示意图。第一行显示了三个允许信号的例子，而最下面一行显示了三个禁止信号的例子。Credit: Luan, Xiao-Hang, et al. (2023)
在扫描了这33颗系外行星后，研究小组发现了两个相当不寻常和有趣的信号。正如Gajjar所述，虽然评估这些信号具有挑战性(因为它们只出现在一个波束中)，但经过彻底检查后，他们确定它们只是RFI干扰:
“其中一个信号只出现在望远镜的两个偏振之一中。通常情况下，在较长的观察时间内，天空源在两种偏振态下显示出相似的强度，但第一个信号并非如此，因此很容易被忽略。第二个信号更有趣，因为它在两种偏振态下显示出相同的强度。经过更仔细的检查，我们发现第二个信号的频率非常接近已知的干扰源。”
在另一种情况下，对数据的进一步检查显示一个波束中的信号具有非常低的信噪比(STN)。该小组还拒绝了这一信号，因为它的行为类似于他们发现的其他RFI实例。虽然没有检测到明确的技术特征，但这项调查是非常宝贵的，因为它测试了团队的静默模式技术。更重要的是，这两个被识别的信号是后续观察的合适目标，这些观察可能在未来几年由Breakthrough Listen(有史以来最大的SETI努力)进行。
“这是SETI领域的突破性进展，”Gajjar说。“在SETI中，这项技术首次被部署。这种独特的技术可能是有用的，因为它减少了假阳性的数量，允许更有效地搜索来自外星文明的信号。通过减少干扰量，多波束符合抑制提高了搜索的灵敏度，并使其更容易检测到可能被忽略的微弱信号。”