天体物理学家提出一种寻找外星巨型结构的天才新方法

1960年，传奇物理学家弗里曼·戴森发表了他的开创性论文”寻找人造恒星红外辐射源“，他提出可能存在如此先进的外星文明，以至于它们可以建造足够大的巨型结构来包围它们的母星。

他还表示，这些”戴森球“，正如它们所知，可以根据它们在中红外波长发射的”废热“进行检测。

直到今天，红外特征仍被认为是可行的技术签名寻找外星智慧（SETI）。

到目前为止，通过“废热”特征检测戴森球（及其变体）的努力都是空的，导致一些科学家建议调整搜索参数。

在一个新纸，天文学和天体物理学教授杰森·赖特的系外行星和宜居世界中心和宾夕法尼亚州立大学外星智能中心（PSTI）建议SETI研究人员通过寻找活动迹象来完善搜索。换句话说，他建议根据戴森球的用途来寻找它们，而不仅仅是热信号。

赖特研究的关键是兰茨贝格极限，这是一个概念热力学这代表了收集太阳辐射的理论效率极限。

这一点至关重要，因为戴森最初的提议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赖它产生氧气和有机营养物质一样。

他进一步认为，技术先进的生命可以发展到利用和利用更多的这种能量。然而，这种能力有一个绝对的极限：恒星释放的总能量（可见光、红外线、紫外线等）。

由于能量必须守恒，弗里曼·戴森推断，其中一些能量必须作为废热从戴森结构中排出。利用红外天文学的进步，这是戴森时代蓬勃发展的领域，天文学家理论上可以通过寻找这种热量来测量先进文明使用的能量。

迄今为止，只进行了三项全天空中红外研究，包括红外天文卫星（爱尔兰共和军），宽视场红外勘测探测器（明智），以及阿卡里.

“传统上，我们寻找来自恒星的红外发射，看看它们是否有来自星光的轨道物质，”赖特通过电子邮件告诉今日宇宙。

“如果它不是那种通常有物质绕行的恒星，那么我们可以更仔细地观察这些物质是否看起来像尘埃或其他东西。

然而，迄今为止尝试的所有搜索都受到了以下事实的阻碍：由于戴森球材料的性质仍然未知，因此没有关于废热外观的基本理论。

天体物理学家（包括赖特本人）已经提出了几种理论模型来解释它们的热特征可能是什么样子，但这些模型相当简单，并且基于许多假设。

这些包括壳层的球对称性及其与恒星的轨道距离，同时无法预测材料的典型温度，辐射相互作用或光学深度。

这就提出了赖特考虑的另一个重要概念，这与戴森结构的目的有关（它执行什么“功”？），从中可以推断出其材料特性。

戴森承认，捕捉恒星的能量只是建造这样一个巨型结构的一个可能的动机。例如，一些SETI研究人员提出，戴森结构可以用作可以移动恒星的恒星引擎（a什卡多夫推进器）或作为大型超级计算机（Matrioshka Brain）。

与其同名一样，Matrioshka Brain具有嵌套结构，其中内层吸收直射阳光，外层利用内层的废热来优化计算效率。

此外，赖特还解决了建造这种结构的工程挑战。戴森将物理定律作为巨型结构存在的唯一基础，而赖特也考虑了所涉及的工程实用性。

由此，他大胆地认为，文明可能会被激励逐渐建造一个球体的各个部分，以逐渐增加它们在恒星周围的宜居体积。

考虑到所有这些，赖特将辐射的热力学应用于戴森球作为计算机，以及可观察到的后果是什么。

他得出的结论是，制造巢壳几乎没有优势，质量的最佳利用将有利于更小，更热的戴森球。此外，他指出，“完整的”戴森球（完全围绕恒星组装）和仍在进行中的戴森球之间将存在可观察到的差异。

正如赖特所解释的那样：

“与一些作者的期望相反，戴森球体会非常大和冷，以最大限度地提高其效率，我发现对于固定的质量预算，最佳配置实际上是非常小的热球体，这些球体捕获大部分但不是全部逃逸的光。我们可能会将我们的搜索参数扩展到远高于300K（比地球热一点）的温度，因为星光的工作提取在靠近恒星的地方更有效，那里的东西更热。

这些发现可能有助于为未来对戴森结构的搜索提供信息，不幸的是，戴森结构目前受到限制。

一个值得注意的例外是天体物理学博士生的工作。马蒂亚斯·苏阿佐（乌普萨拉大学）和他在赫菲斯托斯项目的同事。

苏阿佐介绍了他们的作品早在六月作为第二届宾夕法尼亚州立大学SETI年度研讨会，他解释了项目科学家如何结合来自欧空局的数据盖亚天文台,两微米全天空巡天（2MASS）和美国宇航局的宽视场红外勘测探测器（WISE）缩小对可能表明存在巨型结构的热特征的搜索范围。

综合数据揭示了直径~1000光年的体积内大约有500万个可能的候选者。在根据温度和亮度分布创建了一个“最佳拟合”模型，消除了可能的天然来源之后，Suazo和他的团队将名单筛选为20个可行的候选者。

在不久的将来，这些来源可能会受到下一代望远镜的后续观测。与此同时，搜索仍在继续，虽然它没有产生巨型结构的明确证据，但可能性仍然存在。

正如戴森在谈到这种工程的可能动机时所说的那样，“我的规则是，没有什么是那么大，也没有那么疯狂，以至于百万分之一的技术社会可能不会觉得自己被驱使去做，只要它在物理上是可能的。

如果只有少数先进文明致力于我们银河系中的大型工程项目，我们迟早会嗅出它们！

本文最初发表于今日宇宙.阅读原文.

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