راه جدیدی برای یافتن ابرسازه‌های بیگانه

اخترفیزیکدانان راه جدیدی را برای یافتن ابرسازه‌های بیگانه پیشنهاد کرده‌اند.

در سال ۱۹۶۰، فریمن دایسون فیزیکدان افسانه‌ای مقاله‌ی مهم خود را با عنوان «جستجوی منابع ستاره‌ای مصنوعی تابش فروسرخ» منتشر کرد که در آن اظهار داشت که تمدن‌های فرازمینی آن‌قدر پیشرفته هستند که می‌توانند ابرسازه‌هایی به اندازه کافی بزرگ بسازند تا ستاره مادر خود را محصور کنند.

او همچنین گفت که این به اصطلاح «کُره‌های دایسون» می‌توانند بر اساس «گرمای تلف شده» که در طول موج‌های فروسرخ میانه منتشر می‌کنند، شناسایی شوند.

تا به امروز، نشانه‌های فروسرخ در برنامه جستجوی هوش فرازمینی(SETI) به عنوان یک امضای قابل توجه در نظر گرفته می‌شوند.

تاکنون تلاش‌ها برای شناسایی کره‌های دایسون(و تنوع آن‌ها) با امضای «گرمای تلف شده» آن‌ها بی نتیجه بوده است و برخی از دانشمندان را بر آن داشته تا به دنبال تغییرات پارامترهای جستجو باشند.

اکنون پروفسور جیسون تی. رایت از مرکز سیارات فراخورشیدی و جهان‌های زیست‌پذیر و مرکز اطلاعات فرازمینی ایالت پن(PSTI) در مقاله‌ای جدید به محققان SETI توصیه کرده است که جستجوی خود را با جستجوی نشانه‌های فعالیت اصلاح کنند.

به عبارت دیگر، او توصیه می‌کند که بر اساس آنچه می‌توان از آنها استفاده کرد، به دنبال کره‌های دایسون بگردند، نه اینکه فقط به دنبال نشانه‌های حرارتی باشند.

نکته کلیدی مطالعه‌ی رایت، «حد لندسبرگ»(Landsberg Limit) است، مفهومی در ترمودینامیک که نشان دهنده حد بازده نظری برای برداشت و استفاده از نیروی تابش خورشیدی است.

این امر حیاتی است، زیرا پیشنهاد اولیه دایسون عمدتاً بر این ایده استوار بود که تمام حیات از شیب‌های انرژی آزاد استفاده می‌کند، مانند اشکال حیات فتوسنتزی که برای تولید گاز اکسیژن و مواد مغذی آلی به آن متکی هستند.

وی همچنین استدلال کرد که حیات پیشرفته از نظر فناوری می‌تواند برای مهار و بهره‌برداری از مقادیر بیشتری از این انرژی رشد کند. با این حال، این توانایی یک حد مطلق دارد و آن، کل انرژی آزاد شده از یک ستاره(نور مرئی، فروسرخ، فرابنفش و غیره) است.

از آنجایی که انرژی، پایدار است، فریمن دایسون استدلال کرد که بخشی از این انرژی باید از ساختار دایسون به عنوان گرمای هدر رفته خارج شود و اخترشناسان با استفاده از پیشرفت‌ها در نجوم فروسرخ(یک حوزه رو به رشد در زمان دایسون) می‌توانند انرژی مورد استفاده تمدن پیشرفته را با جستجوی این گرما اندازه‌گیری کنند.

تا به امروز، تنها سه مطالعه فروسرخ میانه، از جمله ماهواره نجومی فروسرخ(IRAS)، کاوشگر فروسرخ میدان وسیع(WISE) و AKARI از تمام آسمان انجام شده است.

رایت می‌گوید: ما به طور سنتی به دنبال تابش فروسرخ از ستارگان هستیم تا ببینیم آیا مواد مداری آنها از نور ستاره گرم شده است. اگر از آن نوع ستارگانی نباشد که معمولاً موادی به دور آن می‌چرخند، آنگاه می‌توانیم با دقت بیشتری نگاه کنیم تا ببینیم آیا این ماده شبیه به گرد و غبار است یا چیزی دیگر.

با این حال، همه جستجوهایی که تا به امروز انجام شده‌اند، تا حدودی با این واقعیت مواجه شده‌اند که هیچ نظریه اساسی در مورد اینکه گرمای تلف شده یا هدر رفته چگونه به نظر می‌رسد، وجود ندارد، زیرا خواص مواد کره دایسون ناشناخته مانده‌ است.

چندین مدل نظری توسط اخترفیزیکدانان(از جمله خود رایت) برای اینکه نشانه گرمایی یا حرارتی آنها چگونه باشد، پیشنهاد شده است، اما آنها نسبتاً ساده و مبتنی بر فرضیات متعدد بوده‌اند.

این فرضیه‌ها تقارن کروی پوسته و فاصله مداری آن از ستاره را شامل می‌شود، اما در پیش‌بینی دمای معمول، برهمکنش‌های تشعشعی یا عمق نوری مواد ناتوان است.

این موضوع، مفهوم حیاتی دیگری را مطرح می‌کند که رایت مد نظر قرار داده است. مفهومی که به هدف «ساختار دایسون» مربوط می‌شود و از آن می‌توان استنباط‌هایی در مورد خواص مواد مذکور بدست آورد.

دایسون اذعان داشت که برداشت انرژی یک ستاره صرفاً یکی از انگیزه‌های ممکن برای ساختن چنین ابرسازه‌ای است.

برای مثال، چندین محقق SETI پیشنهاد کرده‌اند که ساختار دایسون می‌تواند به عنوان یک موتور ستاره‌ای که می‌تواند ستارگان را حرکت دهد(یک رانشگر شکادوف) یا به ‌عنوان یک ابررایانه عظیم(مغز ماتریوشکا) استفاده شود.

مغز ماتریوشکا مفهومی دارای ساختار تو در تو است که در آن لایه داخلی، نور مستقیم خورشید را جذب می‌کند و لایه‌های بیرونی از گرمای اتلافی لایه داخلی برای بهینه سازی کارایی محاسباتی استفاده می‌کنند.

علاوه بر این، رایت به چالش‌های مهندسی ساخت چنین سازه‌ای پرداخت. در حالی که دایسون بر قوانین فیزیک به عنوان تنها مبنای وجود ابرسازه‌ها تمرکز می‌کرد، رایت به جنبه‌های عملی مهندسی نیز توجه داشت.

از این رو، او مطرح کرد که یک تمدن بیگانه ممکن است انگیزه داشته باشد تا به تدریج بخش‌هایی از یک کره دایسون را بسازد تا به تدریج حجم قابل سکونت آن را در اطراف یک ستاره افزایش دهد.

رایت با در نظر گرفتن همه اینها، ترمودینامیک تشعشع را بر روی کره‌های دایسون به عنوان ماشین‌های محاسباتی اعمال کرد تا ببیند پیامدهای قابل مشاهده آن چه خواهد بود.

او نتیجه گرفت که ایجاد پوسته‌های تو در تو تقریبا هیچ مزیتی ندارد و استفاده بهینه از جرم برای کره‌های دایسون کوچک‌تر و داغ‌تر بهتر است.

علاوه بر این، او نشان داد که تفاوت‌های قابل مشاهده‌ای بین کره‌های دایسون «کامل»(کاملاً محصور کننده اطراف یک ستاره) و آن‌هایی که هنوز در حال توسعه هستند، وجود خواهد داشت.

رایت توضیح داد: برخلاف انتظار برخی از پژوهشگران مبنی بر اینکه کره‌های دایسون برای به حداکثر رساندن کارایی خود بسیار بزرگ و سرد هستند، من متوجه شدم که برای یک کره جرم ثابت، پیکربندی بهینه در واقع ایجاد کره‌های بسیار کوچک و داغ است که بیشتر، و نه همه نوری را که فرار می‌کند، در بر می‌گیرند. ما ممکن است پارامترهای جستجوی خود را به دمای بیش از ۳۰۰ کلوین(کمی گرم‌تر از زمین) گسترش دهیم، زیرا کار استخراج نور ستارگان با نزدیک‌تر شدن به ستاره کارآمدتر می‌شود، جایی که همه چیز داغ‌تر است.

این یافته‌ها می‌تواند به جستجوهای آینده برای سازه‌های دایسون کمک کند که متاسفانه در حال حاضر محدود هستند.

البته یک استثنای قابل توجه، کار دانشجوی دکترای اخترفیزیک، ماتیاس سوازو از دانشگاه آپسالا و همکارانش در پروژه هفایستوس(Hephaistos) است.

وی کار خود را در ماه ژوئن ۲۰۲۳ به عنوان بخشی از دومین سمپوزیوم سالانه Penn State SETI ارائه کرد، جایی که توضیح داد که چگونه دانشمندان پروژه داده‌های رصدخانه گایا، ۲MASS و WISE ناسا را برای محدود کردن جستجوی نشانه‌های حرارتی که می‌تواند نشان دهنده وجود ابرسازه‌ها باشد، با هم ترکیب کرده است.

این داده‌های ترکیبی تقریباً پنج میلیون نامزد احتمالی را در حجمی به قطر ۱۰۰۰ سال نوری نشان داد. سوازو و تیمش پس از ایجاد یک مدل «بهترین تناسب» بر اساس نمایه‌های دما و درخشندگی که منابع طبیعی احتمالی را حذف می‌کرد، این فهرست را به ۲۰ نامزد مناسب رساند.

این منابع احتمالاً در آینده نزدیک، هدف مشاهدات بعدی تلسکوپ‌های نسل بعدی خواهند بود. در همین حال، جستجو ادامه دارد و در حالی که هیچ مدرک قطعی از ابرسازه‌ها ارائه نشده است، این احتمال همچنان به قوت خود باقی است.

در مجموع به نظر می‌رسد اگر تعدادی از تمدن‌های پیشرفته به توانایی اجرای پروژه‌های ابرمهندسی در کهکشان ما رسیده باشند، ما انسان‌ها دیر یا زود آنها را درخواهیم یافت.

منبع: ایسنا