Logo Przewdonik Katolicki

Sygnalistka: jak szukać śladu Obcych w naszej Galaktyce

Marek Abramowicz
il. Małgorzata Skrzypczyk-Świentczak

Czy można sobie wyobrazić sposoby poszukiwania bardziej wyrafinowane niż dotąd powszechnie stosowany radiowy przegląd SETI? Tak, można. Opracowaliśmy bardzo dokładny sposób, w jaki każda dostatecznie technologicznie zaawansowana pozaziemska cywilizacja mogłaby dać znać o swoim istnieniu.

Nad intrygującym i światopoglądowo istotnym pytaniem, czy istnieją w naszej Galaktyce zaawansowane pozaziemskie cywilizacje Obcych, zastanawiam się z perspektywy jak najbardziej osobistej – rzymskiego katolika i wierzącego w Boga fizyka.
Jako fizyk wiem, że z punktu widzenia nauki powstanie inteligentnego życia na Ziemi jest zdarzeniem wstrząsająco nietypowym, splotem szczęśliwych przypadków o tak niesłychanie małym prawdopodobieństwie, że fakt naszego istnienia jest po prostu zdumiewającym cudem.
W kontekście mej wiary przypuszczenie, że gdzieś na odległych planetach mogłyby mieszkać istoty takie jak my, obdarzone wolną wolą i sumieniem, oraz jak my będące jednością śmiertelnego ciała i nieśmiertelnej duszy, wywołuje mój moralny dyskomfort. Intuicja, oparta na wierze w miłującego swe dzieła Stwórcę, podpowiada mi, że jesteśmy zupełnie wyjątkowym bytem we Wszechświecie – tylko my jedni zostaliśmy stworzeni na Boskie podobieństwo i obraz, tylko z nami Bóg zawarł Przymierze.
Te dwie tezy sformułowałem i szczegółowo rozwinąłem w długim eseju, drukowanym w maju 2016 r. w „Przewodniku Katolickim” (https://www.przewodnik-katolicki.pl/Archiwum/2016/Przewodnik-Katolicki-18-2016/Temat-numeru/Pan-Bog-jest-wyrafinowany-ale-nie-perfidny). Pisałem tam, że współczesna astrofizyka, planetologia i biologia ewolucyjna zdają się wskazywać na to, iż mimo istnienia w Galaktyce ogromnej ilości planet podobnych do Ziemi, Galaktyka jest najpewniej „społecznie” pusta – powstało w niej co najwyżej kilka inteligentnych cywilizacji, a może wręcz tylko jedna: nasza. Innych nie ma, gdyż ich rozwój mógł zostać zatrzymany na samym początku Darwinowskiej ewolucji, choćby z powodu globalnych niestabilności klimatycznych. Wiadomo bowiem z wielu komputerowych symulacji atmosfer, że planety podobne do Ziemi ulegają katastrofalnemu globalnemu zlodowaceniu albo przegrzaniu w czasie o wiele krótszym niż 4 miliardy lat, potrzebnym na to (jak pokazuje przykład Ziemi), aby inteligentne życie wyewoluowało z pierwszych, prymitywnych, żywych organizmów. Trwająca miliardy lat stabilność atmosfery Ziemi, z dość regularnym cyklem następujących po sobie oziębień i ociepleń, jest przez naukę niezrozumiała. Nie wiemy, dlaczego Ziemia jest pod tym względem planetą aż tak bardzo wyjątkową. Inni twierdzą, iż nawet gdyby Darwinowska ewolucja prowadziła do masowego powstawania rozwiniętych technologicznie cywilizacji, to liczba ich i tak jest znikoma, ponieważ ulegają one samounicestwieniu w wyniku pogrążenia się w barbarzyństwie nacjonalizmów prowadzących do globalnej wojny nuklearnej lub w wyniku barbarzyństwa ekologicznego, prowadzącego do katastrofalnego wyczerpania naturalnych zasobów planety.

Nowa metoda poszukiwań
Jest niezaprzeczalnym faktem, iż nigdzie i nigdy nie natrafiliśmy na jakiekolwiek ślady Obcych. Dlaczego? Możliwe są dwie odpowiedzi: albo dlatego, że – jak już wspomniałem – nie ma w Galaktyce innych cywilizacji prócz naszej, albo dlatego, że choć pozaziemskie cywilizacje istnieją, szukamy ich źle, nieskutecznie i na oślep, niby igły w stogu siana.
Czy można sobie wyobrazić sposoby poszukiwania bardziej wyrafinowane niż dotąd powszechnie stosowany radiowy przegląd SETI? Tak, można. Wspólnie z kolegami z Paryża twierdzę, że jest taki sposób, z jednej strony określony warunkiem, że poszukiwanie musi być celowe – to znaczy, z góry musimy wiedzieć (my, oraz każdy w Galaktyce), dokładnie czego i dokładnie gdzie szukamy, a z drugiej strony, możliwość jego zastosowania wynikać musi z fundamentalnych praw fizyki oraz z astrofizycznej wiedzy o Galaktyce.
Na trop tego sposobu wpadliśmy przypadkiem. W maju pozaprzeszłego roku przyjechałem do Paryża, zaproszony przez profesora Érica Gourgoulhona. Éric jest liderem zespołu, z którym od wielu lat współpracuję. Pierwszego wieczoru poszliśmy małą grupą na kolację do „Augustina” na rue Daguerre. Prócz Érica i mnie była jeszcze Odele Straub, która kilka lat wcześniej zrobiła u mnie doktorat, oraz Michał Bejger, młody warszawski profesor astrofizyki, pracujący wtedy w Paryżu. Przy deserach Éric opisał fascynujące wyniki ogromnych i skomplikowanych obliczeń swego innego zespołu, dotyczące własności fal grawitacyjnych emitowanych przez gwiazdy, lub ich rozerwane fragmenty, krążące wokół SgrA* (tak się nazywa supermasywna czarna dziura, położona w samym centrum naszej Galaktyki). À propos fal grawitacyjnych, zaczęliśmy się żartem zastanawiać, czy zaawansowana technologicznie cywilizacja mogłaby tych fal użyć jako świadectwa swego istnienia, budując „Sygnalistkę” o unikalnych własnościach, które jednoznacznie określałyby, jaki powinien być celowy sposób na jej odnalezienie:
[1] Położenie Sygnalistki powinno być z góry oczywiste dla wszystkich w Galaktyce,
[2] Częstość fal grawitacyjnych przez Sygnalistkę emitowanych powinna być z góry znana,
[3] Moc sygnału powinna zapewniać detekcję w dowolnym miejscu Galaktyki,
[4] Czas życia Sygnalistki powinien zapewniać detekcję w ciągu kilku miliardów lat,
[5] Energia potrzebna do jej zasilania powinna pochodzić z pojedynczej gwiazdy,
[6] Sygnalistka powinna działać autonomicznie, bez konieczności serwisu,
[7] Jej sygnał powinien jednoznacznie świadczyć o swym sztucznym pochodzeniu.
Przybliżone oszacowania, zrobione jeszcze tego wieczoru w „Augustinie” pokazały, że prawa fizyki nie wykluczają takiej możliwości: w zasadzie można więc Sygnalistkę zbudować. W następnych tygodniach i miesiącach, używając precyzyjnych wyników obliczeń uzyskanych przez wspomniany już inny zespół Érica (do którego należą Alexandre Le Tiec, Frederic Vincent oraz Niels Warburton), opracowaliśmy we czwórkę (Éric, Odele, Michał i ja) bardzo dokładny sposób, w jaki każda cywilizacja Obcych (dysponująca rzecz jasna odpowiednio zaawansowaną technologią) skonstruuje Sygnalistkę. Każda, ponieważ – jak wyjaśniam niżej – jest to sposób jednoznacznie określony przez prawa fizyki i warunki [1]-[7]. Innego sposobu po prostu nie ma!

Czekając na brakujące dane
Najpierw więc, w swym własnym systemie planetarnym, Obcy utworzą Sygnalistkę przez ściśnięcie planety o masie Jowisza do rozmiarów „jowiszowej” czarnej dziury, tzn. kilku metrów (dlaczego potrzeba czarnej dziury akurat o masie Jowisza, wyjaśnię za moment). Następnie, automaty Obcych przetransportują Sygnalistkę na pewną bardzo bliską orbitę wokół SgrA*. To zapewni z góry oczywistą dla wszystkich lokalizację Sygnalistki w samym centrum Galaktyki (punkt [1]).
Każda orbita, bliska lub daleka, wokół Słońca, czy wokół czarnej dziury, charakteryzuje się określonym czasem obiegu. Na przykład, okres obiegu Ziemi wokół Słońca wynosi 1 rok, okres obiegu Wenus wynosi 0.6 roku, a okres obiegu Jowisza 12 lat. Obcy wybiorą orbitę o najkrótszym możliwym okresie obiegu. Z ogólnej teorii względności Alberta Einsteina wiadomo, że w pewnej odległości od czarnej dziury orbity są niestabilne, to znaczy nic się nie może na nich utrzymać w sposób naturalny – każdy obiekt, którego ruch orbitalny zostanie zaburzony nawet bardzo małym czynnikiem zewnętrznym, w krótkim czasie spadnie z takiej niestabilnej orbity wprost do czarnej dziury.
Ma to kilka ważnych dla naszego pomysłu konsekwencji. Najważniejszą jest jednoznaczne wyróżnienie orbity marginalnie stabilnej (nazywanej ISCO): jest bowiem tylko jedna taka, że wszystkie orbity położone dalej niż ISCO są stabilne, a wszystkie położone bliżej są niestabilne. Zgodnie z teorią Einsteina, okres obiegu na ISCO jest najkrótszy z możliwych i zależy tylko od masy i spinu (szybkości wirowania) centralnej czarnej dziury. Wiemy z bezpośrednich pomiarów, że masa SgrA* wynosi 4,1 miliona mas Słońca, ale nie znamy jeszcze spinu SgrA*. Jeśli SgrA* nie wiruje (spin równy zero), to okres obiegu ISCO wynosi 1800 sekund. Jeśli wiruje z 90 proc. maksymalnie możliwego spinu, to okres obiegu ISCO zgodnie z kierunkiem wirowania SgrA* wynosi 600 sekund, a dla obiegu w kierunku przeciwnym 3100 sekund (notabene orbita „zgodna” położona jest bliżej SgrA* niż orbita „przeciwna”). Astrofizycy pracujący w programie GRAVITY gromadzą od pewnego czasu potrzebne, bardzo dokładne, obserwacje i za mniej niż kilkanaście miesięcy na pewno wyznaczą wartość spinu SgrA*. Wtedy my, ludzie, także będziemy znali bardzo precyzyjne okres orbitalny na ISCO wokół SgrA* i dołączymy do klubu tych wszystkich zaawansowanych cywilizacji Obcych w całej Galaktyce, które to już wiedzą.
Odwrotnością okresu jest częstość. Okres orbitalny 1000 sekund odpowiada częstości orbitalnej 0,001 Hertzów (1 Hz = 1/sek). Zgodnie z ogólną teorią względności, ruch orbitalny powoduje sam z siebie emisję fali grawitacyjnej o częstości dwukrotnie większej niż orbitalna. Dla wszystkich cywilizacji, które zmierzyły dokładnie masę i spin SgrA*, ta częstość jest więc z góry dokładnie znana (punkt [2]): na przykład, jeśli SgrA* nie wiruje, to częstość fali grawitacyjnej emitowanej przez Sygnalistkę wynosi dokładnie 0.001 Hertza. Tej „okrągłej” wartości będę używał dalej, ale proszę pamiętać, że dla niezerowej wartości spinu jest ona (trochę) inna – za kilka miesięcy będziemy wiedzieć bardzo dokładnie jaka.
Moc emitowanej fali grawitacyjnej zależy od masy Sygnalistki; dla masy Jowisza jest około tysiąca razy większa niż moc świecenia Słońca. To wystarcza, aby Sygnalistkę można było wykryć w całej nadającej się do zamieszkania części Galaktyki, tzn. około 25–35 tysięcy lat świetlnych od galaktycznego centrum (punkt [3]). Sygnalistka o masie (znacznie) mniejszej „świeciłaby” zbyt słabo w falach grawitacyjnych na to, aby być widoczna w całej Galaktyce.

Od kogo ten sygnał?
Emisja fali grawitacyjnej jest „zewnętrznym zaburzeniem” orbity. Na orbicie marginalnie stabilnej spowodowałaby szybki spadek Sygnalistki z tej orbity na SgrA*. Aby temu zapobiec, trzeba „ustabilizować” Sygnalistkę poprzez dostarczanie jej z zewnątrz energii w tym samym tempie, w którym jest tracona. Policzyliśmy, że dla ustabilizowania Sygnalistki o masie Jowisza przez kilka miliardów lat wystarczy energia typowego, szybko rotującego pulsara (punkt [5]); nie ma natomiast naturalnego („astrofizycznego”) obiektu, który mógłby dostarczać energii wystarczającej do ustabilizowania Sygnalistki o masie od Jowisza (znacznie) większej. Sygnalistka o masie Jowisza jest więc jedyną możliwą opcją. Musi być ściśnięta do rozmiarów czarnej dziury, gdyż gdyby była większa, ulegałaby rozerwaniu przez potężne siły przypływowe SgrA* – policzyli to Éric, Alexandre, Frederic i Niels.
Jak powiedziałem, aby ustabilizować Sygnalistkę na ISCO, Obcy mogą użyć energii pulsara: zamknąć pulsar w dużej kuli (rozmiary pulsara to około 10 kilometrów), która stale zbierałaby całe jego promieniowanie i wysyłała w postaci wiązki laserowej do Sygnalistki. Taka zbierająca całą energię gwiazdy sztuczna kulista konstrukcja nazywana jest „sferą Dysona”, gdyż jej koncepcję zaproponował (z zupełnie innego powodu) Freeman Dyson, niedawno zmarły znakomity fizyk z Institute for Advanced Study w Princeton. Sfera Dysona była wielokrotnie omawiana w różnych kontekstach; podejmowano nawet poważne próby jej obserwacyjnego wykrycia. Wielu zapewne pamięta niedawną medialną sensację wywołaną niezwykłymi wynikami obserwacji gwiazdy KIC 8462852. Zmienność jej blasku, zarejestrowana przez kosmiczny teleskop Keplera, wykazuje nieperiodyczne, głębokie pociemnienia, niepodobne do niczego, co do tej pory obserwowano. Wysunięto całkiem poważnie hipotezę, iż jest to właśnie ślad sfery Dysona.
W zasadzie sfera Dysona wokół pulsara może działać autonomicznie, bez konieczności serwisowania (punkt [6]), przez kilka miliardów lat (punkt [4]), a więc zapewne o wiele dłużej niż czas życia cywilizacji Obcych, która ją (i Sygnalistkę) skonstruowała. W momencie gdy ktoś w Galaktyce odbierze i zrozumie sygnał, cywilizacja konstruktorów Sygnalistki będzie już od dawna martwa. Avi Loeb, profesor fizyki z Uniwersytetu Harvarda (kieruje tam słynną Black Hole Initiative), pisał w „Scientific American” (w numerze z września 2018 r.), że to jest reguła: jeśli kiedykolwiek natrafimy na ślad cywilizacji Obcych, będzie to najpewniej ślad cywilizacji już dawno umarłej. Myślę, że w pewnym sensie jest tak właśnie z egipskimi piramidami...

LISA poszuka Obcych
Nasza cywilizacja nie ma ani dziś, ani nie będzie miała w przewidywalnej przyszłości, technicznych możliwości, by zbudować Sygnalistkę. Ale jeśli Sygnalistka rzeczywiście krąży wokół SgrA*, to już za 14 lat będziemy w stanie odebrać falę grawitacyjną przez nią wysyłaną.
Europejska Agencja Kosmiczna (której Polska jest członkiem) planuje umieszczenie wtedy na okołosłonecznej orbicie Ziemi anteny grawitacyjnej LISA, o międzyplanetarnych wymiarach. Będzie to zestaw trzech par laserowych interferometrów, ułożonych parami w wierzchołkach trójkąta równobocznego o boku 2,5 miliona kilometrów. LISA będzie mierzyć drobne zmiany w ich wzajemnych odległościach, spowodowane periodycznym odkształceniem geometrii czasoprzestrzeni w trakcie przechodzenia fali grawitacyjnej. Na tej samej zasadzie działają już od kilku lat słynne detektory fal grawitacyjnych LIGO (w USA) oraz VIRGO (w północnych Włoszech). Interferometry LIGO-VIRGO są znacznie krótsze niż planowane interferometry LISA: mają długość kilku kilometrów. Wiąże się to z zakresem największej czułości tych anten: dla LIGO-VIRGO wypada ona dla fal o częstości kilkuset Hertzów, dla LISA dla fal o częstości około 0,001 Hertza – czyli dokładnie częstości fali grawitacyjnej emitowanej przez Sygnalistkę!
Przypuśćmy, że LISA odbierze z kierunku SgrA* falę grawitacyjną o częstości równej 0,001 Hz, stabilną przez około roku. Będzie to niezaprzeczalny dowód na to, iż źródło fali jest sztuczne – fala pochodzi bowiem z orbity marginalnie stabilnej, na której żaden obiekt nie może się utrzymać tak długo – jego ruch jest więc na pewno sztucznie stabilizowany przez dostarczaną z zewnątrz energię. Będzie to jednocześnie niezaprzeczalny dowód na to, że kiedyś istniała w naszej Galaktyce potężna i mądra cywilizacja Obcych, która Sygnalistkę zbudowała i umieściła na ISCO wokół SgrA*.

Nasz artykuł o Sygnalistce został opublikowany w kwietniu 2020, w „Nature
Scientific Reports”, a wyniki naszej pracy omawiane na seminariach w Berkeley (na zaproszenie zespołu SETI), w Pradze, w Opavie, na Harvardzie, w Monachium, w Bremie, Lizbonie, Sztokholmie, we Wrocławiu i w Paryżu.

Komentarze

Zostaw wiadomość

 Security code

Komentarze - Facebook

Ta strona używa cookies. Korzystając ze strony, wyrażasz zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki