天體物理學家提出一種尋找外星巨型結構的天才新方法

1960年，傳奇物理學家弗里曼·戴森發表了他的開創性論文”尋找人造恒星紅外輻射源“，他提出可能存在如此先進的外星文明，以至于它們可以建造足夠大的巨型結構來包圍它們的母星。

他還表示，這些”戴森球“，正如它們所知，可以根據它們在中紅外波長發射的”廢熱“進行檢測。

直到今天，紅外特征仍被認為是可行的技術簽名尋找外星智慧（SETI）。

到目前為止，通過“廢熱”特征檢測戴森球（及其變體）的努力都是空的，導致一些科學家建議調整搜索參數。

在一個新紙，天文學和天體物理學教授杰森·賴特的系外行星和宜居世界中心和賓夕法尼亞州立大學外星智能中心（PSTI）建議SETI研究人員通過尋找活動跡象來完善搜索。換句話說，他建議根據戴森球的用途來尋找它們，而不僅僅是熱信號。

賴特研究的關鍵是蘭茨貝格極限，這是一個概念熱力學這代表了收集太陽輻射的理論效率極限。

這一點至關重要，因為戴森最初的提議主要是基于所有生命都利用自由能梯度的想法，就像光合作用生命形式依賴它產生氧氣和有機營養物質一樣。

他進一步認為，技術先進的生命可以發展到利用和利用更多的這種能量。然而，這種能力有一個絕對的極限：恒星釋放的總能量（可見光、紅外線、紫外線等）。

由于能量必須守恒，弗里曼·戴森推斷，其中一些能量必須作為廢熱從戴森結構中排出。利用紅外天文學的進步，這是戴森時代蓬勃發展的領域，天文學家理論上可以通過尋找這種熱量來測量先進文明使用的能量。

迄今為止，只進行了三項全天空中紅外研究，包括紅外天文衛星（愛爾蘭共和軍），寬視場紅外勘測探測器（明智），以及阿卡里.

“傳統上，我們尋找來自恒星的紅外發射，看看它們是否有來自星光的軌道物質，”賴特通過電子郵件告訴今日宇宙。

“如果它不是那種通常有物質繞行的恒星，那么我們可以更仔細地觀察這些物質是否看起來像塵埃或其他東西。

然而，迄今為止嘗試的所有搜索都受到了以下事實的阻礙：由于戴森球材料的性質仍然未知，因此沒有關于廢熱外觀的基本理論。

天體物理學家（包括賴特本人）已經提出了幾種理論模型來解釋它們的熱特征可能是什么樣子，但這些模型相當簡單，并且基于許多假設。

這些包括殼層的球對稱性及其與恒星的軌道距離，同時無法預測材料的典型溫度，輻射相互作用或光學深度。

這就提出了賴特考慮的另一個重要概念，這與戴森結構的目的有關（它執行什么“功”？），從中可以推斷出其材料特性。

戴森承認，捕捉恒星的能量只是建造這樣一個巨型結構的一個可能的動機。例如，一些SETI研究人員提出，戴森結構可以用作可以移動恒星的恒星引擎（a什卡多夫推進器）或作為大型超級計算機（Matrioshka Brain）。

與其同名一樣，Matrioshka Brain具有嵌套結構，其中內層吸收直射陽光，外層利用內層的廢熱來優化計算效率。

此外，賴特還解決了建造這種結構的工程挑戰。戴森將物理定律作為巨型結構存在的唯一基礎，而賴特也考慮了所涉及的工程實用性。

由此，他大膽地認為，文明可能會被激勵逐漸建造一個球體的各個部分，以逐漸增加它們在恒星周圍的宜居體積。

考慮到所有這些，賴特將輻射的熱力學應用于戴森球作為計算機，以及可觀察到的后果是什么。

他得出的結論是，制造巢殼幾乎沒有優勢，質量的最佳利用將有利于更小，更熱的戴森球。此外，他指出，“完整的”戴森球（完全圍繞恒星組裝）和仍在進行中的戴森球之間將存在可觀察到的差異。

正如賴特所解釋的那樣：

“與一些作者的期望相反，戴森球體會非常大和冷，以最大限度地提高其效率，我發現對于固定的質量預算，最佳配置實際上是非常小的熱球體，這些球體捕獲大部分但不是全部逃逸的光。我們可能會將我們的搜索參數擴展到遠高于300K（比地球熱一點）的溫度，因為星光的工作提取在靠近恒星的地方更有效，那里的東西更熱。

這些發現可能有助于為未來對戴森結構的搜索提供信息，不幸的是，戴森結構目前受到限制。

一個值得注意的例外是天體物理學博士生的工作。馬蒂亞斯·蘇阿佐（烏普薩拉大學）和他在赫菲斯托斯項目的同事。

蘇阿佐介紹了他們的作品早在六月作為第二屆賓夕法尼亞州立大學SETI年度研討會，他解釋了項目科學家如何結合來自歐空局的數據蓋亞天文臺,兩微米全天空巡天（2MASS）和美國宇航局的寬視場紅外勘測探測器（WISE）縮小對可能表明存在巨型結構的熱特征的搜索范圍。

綜合數據揭示了直徑~1000光年的體積內大約有500萬個可能的候選者。在根據溫度和亮度分布創建了一個“最佳擬合”模型，消除了可能的天然來源之后，Suazo和他的團隊將名單篩選為20個可行的候選者。

在不久的將來，這些來源可能會受到下一代望遠鏡的后續觀測。與此同時，搜索仍在繼續，雖然它沒有產生巨型結構的明確證據，但可能性仍然存在。

正如戴森在談到這種工程的可能動機時所說的那樣，“我的規則是，沒有什么是那么大，也沒有那么瘋狂，以至于百萬分之一的技術社會可能不會覺得自己被驅使去做，只要它在物理上是可能的。

如果只有少數先進文明致力于我們銀河系中的大型工程項目，我們遲早會嗅出它們！

本文最初發表于今日宇宙.閱讀原文.

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