Wenn zwei extrem dichte Neutronensterne sich eng umkreisen, wandern sie mit der Zeit nach innen und verschmelzen schließlich. Solche Fusionen sind mächtig. Könnten fortgeschrittene Zivilisationen sie nutzen, um im Kosmos Zeichen zu setzen?
Künstlerkonzept eines Doppel- oder Binärsternsystems, bei dem die beiden Sterne verschmelzen. Könnte eine außerirdische Zivilisation Neutronensternfusionen verwenden, um über den Weltraum zu kommunizieren? Bild über NSF / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet.
Bei der Suche nach außerirdischer Intelligenz (Search for Extraterrestrial Intelligence, SETI) denken die meisten Menschen zuerst an die Suche mit Radioteleskopen, um nach Signalen entfernter außerirdischer Zivilisationen zu suchen. Andere Möglichkeiten - wie das optische SETI, das nach außerirdischen Laserpulsen sucht - sind in den letzten Jahren ebenfalls populärer geworden. Wie viele Leute argumentieren, warum sollte sich eine fortgeschrittene Zivilisation darauf beschränken, nur Radio zu benutzen? Jetzt bieten Forscher in Japan einen anderen und faszinierenden Ansatz für SETI an. Was ist mit der Suche nach Signalen, die gewesen sind synchronisiert mit zwei verschmelzenden Neutronensternen?
Andere Wissenschaftler nehmen diese Idee ernst genug, um sie in einer großen Zeitschrift veröffentlichen zu können. Die Arbeit wurde von Fachleuten begutachtet und in veröffentlicht Die astrophysikalischen Zeitschriftenbriefe - aka ApJ-Briefe - am 1. August 2018.
Das übergeordnete Problem bei SETI ist, dass buchstäblich so viel Platz zum Suchen vorhanden ist. Was sind die besten Orte, um zu schauen? Und wann sollten wir suchen?
Die Idee, über binäre (Doppel-) Sternfusionen zu kommunizieren, klingt weit hergeholt, aber die Prämisse ist ziemlich einfach. Die ETs könnten eine Kommunikation absichtlich zeitlich so einstellen, dass sie mit einem sehr wahrnehmbaren und natürlichen, aber vorübergehenden kosmischen Ereignis zusammenfällt - wie einer Supernova oder einem Gammastrahlenstoß -, das an Teleskope denkt andere (halb-fortgeschrittene) Zivilisationen wie unsere auf der Erde könnten auf ein solches Ereignis hingewiesen werden. Schreiben in ApJ-Briefesagten die Autoren:
Wir diskutieren die Möglichkeit, ein Funksignal von der extra-galaktischen Intelligenz zu empfangen, wenn wir eine Fusion von binären Neutronensternen in ihrer Galaxie beobachten. Hochpräzisionsmessungen der binären Parameter würden es ihnen ermöglichen, das Signal ~ 104 Jahre zu erhalten, bevor sie selbst das Fusionssignal beobachten. Mit dem SKA empfangen wir möglicherweise ~ 104 Datenbits, die von 40 Mpc mit einer Ausgangsleistung von ~ 1 TW übertragen werden.
Mit anderen Worten, diese Wissenschaftler haben sich die Zahlen angesehen und versucht, die Parameter für die Möglichkeit der ET-Kommunikation über binäre Sternfusionen festzulegen, falls eine solche Kommunikation existiert.
Schematische Darstellung, wie eine ET-Zivilisation in einer anderen Galaxie eine binäre Fusion von 2 Neutronensternen verwenden könnte, um ein Funksignal so zu unterstützen, dass das Signal gleichzeitig mit dem natürlichen Signal aus der Fusion selbst eintrifft. Bild über Nishino & Seto 2018.
Eine Einschränkung ist, dass eine solche Zivilisation in der Lage sein muss, genau vorherzusagen, wann die nächste verwendbare Fusion von binären Neutronensternen stattfinden wird. Sie würden dieses Wissen benötigen, damit ihr Signal zeitlich so eingestellt werden kann, dass es zur gleichen Zeit wie das natürliche Signal ankommt, wenn sie beispielsweise ihr Signal an einen bestimmten Ort (wie die Erde) senden möchten, einen Ort, den sie bereits haben würden entschlossen, zumindest Funkverbindung zu haben.
Für die meisten Naturereignisse wäre dieses Wissen schwierig. Eine interessante Möglichkeit ist jedoch die elektromagnetische Strahlung und die Gravitationswellenstrahlung einer binären Fusion (der Fusion zweier Neutronensterne), die im Universum als relativ verbreitetes Phänomen gilt. Die neue Studie unter der Leitung von Yuki Nishino und Naoki Seto untersucht die Möglichkeit, dass eine ET-Zivilisation ihr künstliches Signal mit einem natürlichen Signal einer Fusion von binären Neutronensternen synchronisiert.
Diagramm zur Darstellung des Bahnzerfalls des binären Neutronensterns PSR B1913 + 16. Die Astronomen haben das Timing ihrer Funkimpulse verwendet, um die Zerfallsrate über Jahrzehnte hinweg genau zu messen. Unter Verwendung der gleichen Informationen könnte eine ET-Zivilisation vorhersagen, wann sich die beiden Stadien im Binärsystem irgendwann vereinigen würden. Dann könnten sie ihr künstliches Signal mit diesem natürlichen Signal synchronisieren. Bild über Inductiveload.
Wie kann ein solcher Zusammenschluss vorhergesagt werden? Neutronensterne werden von uns auf der Erde manchmal als Pulsare gesehen. Mit anderen Worten, manchmal sendet ein oder beide Sterne Lichtimpulse aus. Durch Messen des genauen Timings von Pulsaren in einem binären Neutronensternsystem ist es möglich, die Umlaufbahn und die Zerfallsrate der Umlaufbahnen der beiden Sterne zu messen. Mit diesen Informationen können Astronomen berechnen, wann die beiden Sterne verschmelzen.
Vermutlich können ET-Astronomen dieselbe Messung und Berechnung durchführen. Sie konnten dann ihr künstliches Signal zeitlich so einstellen, dass es zur selben Zeit eintraf, als die Gravitationswelle aus der Fusion ausbrach. Ein bekanntes Signal aus dem Weltraum - das als Signal einer Neutronenstern-Binärfusion angesehen wird - ist das Signal mit der Bezeichnung GW170817. Schreiben in ApJ-Briefesagten die Autoren:
Bei der Suche nach einem künstlichen Signal von einer außerirdischen Intelligenz (ETI) ist ein zentrales Anliegen, wie effizient wir den zu untersuchenden Parameterraum verringern können. Diese Umstände würden vom ETI umgekehrt verstanden und würden den Zeitpunkt und die Richtung der Übertragungen sorgfältig festlegen. In diesem Brief haben wir darauf hingewiesen, dass eine Fusion von binären Neutronensternen in ihrer Galaxie ein ideales Ereignis für die Signalsynchronisation sein könnte. Dies liegt daran, dass der ETI den Ort und die Epoche des hochenergetischen Ereignisses im Voraus abschätzen kann. Am optimistischsten ist es, wenn wir tatsächlich ein künstliches Signal finden, indem wir die bereits aus GW170817 entnommenen elektromagnetischen Daten erneut analysieren. Darüber hinaus wird das LIGO-Virgo-Netzwerk Anfang 2019 mit dem nächsten Beobachtungslauf beginnen, und möglicherweise wird eine neue Fusion von binären Neutronensternen identifiziert. Die frühe und tiefe Funkbeobachtung für seine Wirtsgalaxie könnte aus der Sicht von SETI ebenfalls eine Überlegung wert sein.
Ja, das klingt alles nach Science Fiction. Aber es ist eine Kommunikationsmethode, die zumindest theoretisch funktionieren könnte. Die Menge an Energie, die für ein solches Signal benötigt wird, würde jedoch weit über das hinausgehen, was wir derzeit tun können, könnte aber für eine viel fortgeschrittenere ET-Zivilisation machbar sein. Nishino und Seto rechnen beispielsweise damit, dass für eine Zivilisation in einer 130 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie zehn Megabyte Daten mit einem leistungsstarken ~ 1-Terawatt-Funksender an einen Empfänger gesendet werden könnten, der dem Quadratkilometer-Array auf der Erde ähnelt. Ein Terawatt entspricht ungefähr 10 Prozent des aktuellen Energieverbrauchs auf der ganzen Erde. Die Verwendung dieser Energiemenge wurde erwogen, selbst von uns mickrigen Erdlingen.
Das neue Werk von Yuki Nishino und Naoki Seto ist, gelinde gesagt, faszinierend, auch wenn es bizarr zu sein scheint. Könnten hochentwickelte ETs mit Hilfe eines der intensivsten natürlichen kosmischen Phänomene, die es gibt, einen Sender verwenden, der für ein Kommunikationssignal tief im Kosmos, vielleicht sogar für andere Galaxien, leistungsstärker ist als jeder andere auf der Erde?
Wie ein Disney-Mitarbeiter einmal sagte, Wenn du es träumen kannst, kannst du es tun. Vielleicht haben auch ETs diesen Spruch!
Teleskopbilder der binären Fusion GW170817, nach der Fusion.Bild über oares-Santos et al./DES Collaboration.
Traditionelles SETI verwendet große Radioteleskope wie das am Arecibo-Observatorium in Puerto Rico. Für ein Signal wäre ein viel leistungsfähigerer Sender erforderlich, wie es die neue Studie vorschlägt. Bild über GDA / AP Images.
Fazit: Die Kommunikation im Weltraum, insbesondere zwischen Galaxien, ist nicht einfach. Eine neue Studie legt nahe, dass es mit Hilfe von binären Fusionen von Neutronensternen einfacher sein könnte. Es ist eine radikale, aber faszinierende Idee.