「数学的に完璧な」系外惑星系、地球外技術シグナルを探索中

• 地球から約100光年離れたHD 110067は、6つのサブネプチューン惑星が恒星の近くで整列した軌道を回っており、テクノシグネチャ探索の対象として注目されている
• 今回の観測では地球外技術シグナルは検出されなかったが、これはHD 110067にテクノシグネチャがないという結論ではなく、観測時に地球方向へのシグナルがなかったという結果に近い
• この惑星系は地球から**横向き（edge-on）**に見えるため、惑星通過面を観測でき、地球の衛星・望遠鏡の電波のように通過と連動したシグナルを探しやすい構造となっている
• Breakthrough Listenの研究チームはGreen Bank Telescopeで、HD 110067に向けたときにだけ持続するシグナルを探したが、自然電波と人類の技術シグナルが大きなノイズを生んだ
• CHEOPS、HARPS-N、CARMENESによる観測は、惑星の半径と質量をより精密に絞り込み、化学組成と形成過程の理解に活用される予定である

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HD 110067が注目される理由

• HD 110067は昨年末に発見された恒星系で、地球から約100光年離れている
• このシステムには6つのサブネプチューン惑星があり、いずれも恒星に非常に近い軌道を回っている
• 惑星の軌道は数学的に整列した形で知られ、地球外技術、あるいはテクノシグネチャ（technosignature）を探す科学者たちの関心を集めた
• テクノシグネチャは、地球外の進んだ生命体を示しうる有力なシグナルとみなされている
• まだそのような証拠は見つかっていないが、HD 110067は今後の類似観測に向けた興味深い対象であり続けている

横向きに見える惑星系がもたらす観測上の利点

• 地球周辺でも、衛星や望遠鏡の電波は太陽系の平面に沿って放射される
• 太陽系の外にいる観測者が地球が太陽の前を通過する様子を見れば、惑星通過と連動したシグナルを捉えられる可能性がある
• HD 110067は地球からedge-onに見えるため、地球の観測者は6つの惑星が並ぶ平面を見ていることになる
• Breakthrough ListenのSteve Croftは、このような視線方向は、実際にシグナルが存在する場合に検出可能性を高めると考えている
• 地球の技術が太陽系の生命居住可能領域の外にも広がっているのと同様に、HD 110067に技術志向の文明があるなら、複数の惑星に通信中継装置を置いている可能性もある

Green Bank Telescopeで行った探索

• HD 110067の発見発表後、Croftの研究チームはWest VirginiaのGreen Bank Telescope(GBT) で地球外技術シグナルを探索した
• 観測基準は、望遠鏡がHD 110067を向いているときに継続して存在し、別の方向を向くと消えるシグナルだった
• このようなパターンは、HD 110067に局所的に存在するテクノシグネチャを示す強い手がかりになりうる
• ただし候補シグナルは、自然の電波源や人類の技術シグナルと区別するのが難しい
  • Wi-Fiに接続された携帯電話から出る電波が一例である
  • SpaceXのStarlink低軌道衛星ネットワークも、混信を生む人類の技術シグナルに含まれる
• Croftは、潜在的な地球外シグナルという「針」をシグナルの「干し草の山」から探す状況であり、実際に針があるのか、またどのようなものかも分かりにくいと述べている

技術シグナルを見分ける基準

• 研究チームは地球外技術の形態を十分には知らないが、検出シグナルが局所的な干渉ではないことを確かめる手法を用いている
• 他の文明に受信されることを期待して作られた送信機なら、多くのエネルギーを狭い周波数帯域に集中させる可能性がある
• 自然の天体物理現象は、これとは異なり、はるかに広い周波数帯域で電波を放射する
• 系外恒星の周りを回る惑星に送信機がある場合、地球から見えるシグナルの周波数は時間とともにドリフトする可能性がある
• Carmen Chozaはこれを、救急車が通り過ぎるときに音が高音から低音へ変わる効果になぞらえている

現在の結果と次の観測

• 今回の探索では技術シグナルは検出されなかった
• Croftは、この結果はHD 110067にテクノシグネチャが存在しないことを意味するのではなく、観測時に地球方向へ送信されたシグナルがなかったことを示す情報だと考えている
• 発見チームはESAのCHEOPS宇宙望遠鏡で6つの惑星の半径を精密化している
• 惑星質量はスペインのHARPS-NおよびCARMENES装置によって、より正確に測定中である
• 惑星のサイズと質量データが精密になれば、システムの化学組成をよりよく把握できる
• この情報は、HD 110067とその惑星群の進化をある程度リバースエンジニアリングし、形成メカニズムを学ぶのに活用できる
• Croftは、今後10年で成功するかどうかは分からないが、探索能力は継続的に強化されており、過去10年よりは良い状況だと見ている
• この研究は、Research Notes of the AASに先月掲載された論文に含まれている

[GN⁺]

Hacker News のコメント

• ティティウス・ボーデの法則[1]を思い出した。単純な方程式が当時知られていた全惑星の軌道に合い、小惑星帯にもう1つ存在するはずだという予測や天王星までの距離まで当てたが、海王星では合わず、反証されたと見なされた
  こうした関係が純粋な偶然以外に実在するとも信じにくいし、その背後に知的設計があると見るのはさらに難しい
  [1]https://en.wikipedia.org/wiki/Titius%E2%80%93Bode_law
  • 摂動がなければ、降着リングと惑星は軌道共鳴の効果によって数学的な間隔で形成されると思っていた。つまり非常に低いエネルギー状態ということで、振動モードが整数倍音へ向かう傾向に似ている
    古典的な言い方をすれば、数学そのものにある調和が物理的宇宙でも調和として現れる、という主張だ [1]。むしろ物理的な調和がもっと多く見られないほうが不思議だが、それは非線形相互作用の途方もない複雑さのためと思われる
    [1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S240587262200003X
  • 知的設計を除外しても、こういうシステムが少なくとも1つ存在する可能性は非常に高く、同時にちょうど1つだけ存在する可能性もかなり高い。私たちが運よくその1つを観測したのかもしれない
  • その法則は恒星周囲の物質の長期進化を説明する出発点としてはよさそうだが、あり得るすべての場合を捉えるには単純すぎる。仮説を反証する根拠として使うには不適切に見える
  • この研究をした天文学者たちもその「法則」を知っていて、除外したのだと思う。個人的には、それほど荒唐無稽な話ではない
  • 天王星までの「正確な距離」とは何を言っているのか？
• The Planets Are Weirdly In Sync - Steve Mould - https://www.youtube.com/watch?v=Qyn64b4LNJ0
  「木星の最大の3つの衛星を考えてみよう。エウロパはイオのちょうど2倍の時間で木星を周回し、ガニメデはさらにその2倍かかる。どうしてこんなことが可能なのか？これは同期の例だが、そのメカニズムは何なのか？この動画では軌道共鳴というものを説明する」
  • でも、それは土星の環の隙間を作る原因でもある。では、デブリはそうした軌道にとどまれないが、惑星はそこに固定され得るということなのか？
• このシステムのどこが「数学的に完璧」なのか分からない。記事からはよく見えない
  • 関連記事 [1] に詳しく出ているように、1番目の惑星が54回公転する間に、2〜6番目の惑星はそれぞれ36、24、16、12、8回公転する。連続する比率は 2/3、2/3、2/3、3/4、3/4 で、1番目の惑星が54回公転した後には、すべての惑星が同じ相対位置に戻る
    [1] https://www.space.com/six-sub-neptunes-found-100-light-years-from-earth
  • 6つの惑星がすべて共鳴軌道にあり、比率は 54:36:24:16:12:9。つまり 3:2 が3回、4:3 が2回繰り返されている
    https://en.wikipedia.org/wiki/HD_110067#Planetary_system
  • 写真説明にはこう書かれている。「6つの惑星は中心星 HD 110067 を調和の取れたリズムで公転し、数回の公転ごとに惑星が整列する」
• 恒星を回る惑星のうち、これまで発見された中で最も暗いTrES-2b [0] が、地球外生命体の最有力候補かもしれないとよく考えていた。私の仮説は、その暗さはそこの文明がダイソン球 [1] のような方法で太陽エネルギーをほぼ100%活用する手段を見つけたためだ、というもの
  [0] https://exoplanets.nasa.gov/exoplanet-catalog/1716/tres-2-b
  [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Dyson_sphere
  • NASA の系外惑星ビジュアライザーがすごく格好いい。こんなものがあるとは知らなかった。系外惑星データへの理解が進むほど、こうした仮想的な可視化もさらに良くなりそうだ。光の1ピクセルから引き出せる情報は驚くべきものだ
  • 「この惑星の大気は溶岩と同じくらい高温だ」という事実を見ると、その仮説の可能性はかなり低そうだ
  • 木星の1.5倍の重力に耐えられるなら、かなり強い宇宙人だろうね :)
  • それは考えているようには機能しない。エネルギーをすべて利用すると、惑星はまず赤く、次に白く輝き始める。最終的には恒星並みに熱くなり、その時点からはそれ以上エネルギーを得られなくなる
    そのエネルギーを somehow 物質に変えるのでない限り、熱力学の法則上、すべてのエネルギーは最終的に熱になる
  • 興味深い系外惑星ではあるが、ガス惑星で誰がどうやって暮らせるのかはよく分からない
• 論文の著者たちは、惑星共鳴がどう働くのか、また共鳴が維持されるには軌道がどれほど正確である必要があるのかを、よく理解していないように見える
  共鳴は非常に一般的だ。太陽系内でも複数の天体の間にさまざまな共鳴がある
  共鳴が安定するために、2つの天体の軌道が互いに数学的に精密に一致している必要はない。許容誤差はかなり広い。2つの惑星が共鳴に十分近づくと、フィードバックによって共鳴が安定し得る。公転のたびに惑星同士がエネルギーをやり取りしながら共鳴を保ち、これを崩すにはかなり大きな外部入力が必要になる
  このシステムで実際に興味深いのは、長い共鳴連鎖だ。しかしこれも非常に特別というわけではない。共鳴がどのように形成されるかを知っていれば、すべての惑星が共鳴に十分近づいたときに互いにエネルギーを伝達してその状態に揃い、その後も共鳴軌道を維持できることが分かる

このような共鳴が非自然的な起源でなければならないと考える理由はまったくありません。月の自転周期が公転周期と正確に同じで、常に片面だけを地球に向けているから、誰かが月をその軌道に置いたのだと言うのに似ています。それは明らかに誤りで、このような共鳴は容易に、自然に生じます。

• 著者らは SETI、Berkeley、Oxford、NASA 所属の科学者です。おそらく私たちより、このテーマについてはるかに多くを知っている可能性が高いでしょう。
  似たようなHNコメントと同じく、その中には有効な問いがあると思います。ただし、何かが矛盾のように見えるからといって、すぐに相手が間違っている、あるいは荒唐無稽だと結論づけるのは誤りです。私の考えと彼らの考えの不一致は、私の側の問題かもしれませんし、軌道物理学の話であれば、その可能性はずっと高いでしょう。
  この例では、こう考えるほうがよいです。「私には惑星共鳴が観測現象を説明しているように見える。著者らも当然それを考えたはずだが、論文ではその問題をどう扱っているのだろうか？」謙虚さは、神でない限り真実に近いものです。
• 記事はそのような主張をしていません。ただしタイトルはそう読めますし、もしかすると偶然ではないのかもしれません。
  科学者たちがそのシステムを調べている理由は、信号検出がより容易かもしれない性質を持っているからです。
• 共鳴が非自然的だと言っている人はいません。このシステムがエッジオン（edge-on）に見える点が、別の意味で探索に有利なのです。
  HD 110067はTESSのフォローアップ観測プログラムの対象であり、地球からこのシステムを横から見ているため、意図的な送信機であれ惑星間通信の漏洩であれ、検出できる可能性が高まります。また、惑星が多いほど、ハビタブルゾーンの位置に関係なく、高度な文明が近隣の惑星へ技術を拡散させた可能性も高まる、という説明です。
  https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2515-5172/ad235f
• それが実際の含意ではないように思います。地球の生命は、安定した海流を生み出す月の軌道がなければ、今と同じではなかったでしょう。そのような条件がないと、「生命」の長期的な発展を確立するうえで複雑さが増すように思います。
• 実際にそのシステムを見る理由は、私たちがそのシステムをほぼ正面から見下ろしていて、すべての惑星の軌道を一度に見られるからです。軌道が非自然的だと考えているからではありません。
• この恒星系のWikiページ: https://en.wikipedia.org/wiki/HD_110067
• 共鳴が現象を説明していると言う側について、論文は**「数学的に完璧な」軌道**が知性の兆候だとは言っていないようです。
  HD 110067には6個のミニ海王星型惑星があり、いずれも安定した共鳴連鎖で主星を公転しています。少なくとも4個以上の惑星を持つことが知られている恒星の中で最も明るく、惑星たちが非常に秩序だった軌道構成を示すため、惑星系の軌道進化とミニ海王星の大気組成を研究する前例のない機会を提供します。このうち3つの惑星は低密度を示しており、大きく水素に富む大気を示唆しています。ミニ海王星は、これまで発見された系外惑星の中で最も一般的なタイプの一つなので、液体の水を維持できるかどうかはSETIの対象優先順位にとって重要です。
  またHD 110067は、テクノシグネチャー探索の対象としても価値があります。地球からこのシステムをエッジオンで見ているため、意図的な送信機や惑星間通信の漏洩放射を検出する可能性が高まり、惑星が多いことは高度な文明が近隣の惑星へ技術を拡散させた可能性を高めます。
  https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2515-5172/ad235f
• 「衛星と望遠鏡から太陽系平面の方向へ放出される電波」という表現は変です。
  電波望遠鏡は電波を「撃つ」のではなく、受信する装置ではありませんか？ Deep Space Arrayのように送信できるよう構成されている場合でも、太陽系平面へ撃つのではなく、通信したい宇宙機へ向けて送ります。
  衛星はなおさらそうではありません。電力を節約しなければならないため、宇宙の外へ電波を送るのではなく、アンテナは地球へ向けられます。
  しかも、その句が入った文には主動詞がなく、何を意味しているのか把握しようとして何度も読み返す必要がありました。
  • 一部の電波望遠鏡はレーダー天文学に使われます。
    https://en.wikipedia.org/wiki/Radar_astronomy
  • 仮に地球外信号を実際に捉えたとしても、その信号は非常に非常に昔に送られたものであるはずです。
• 実際、地球外技術の強い証拠を見つけることはあまりに大きな出来事なので、天体物理学者が調べるほぼすべての恒星系では潜在的な異常現象を検討すると聞いたことがあります。
• 以前読んだ小説を思い出しました。タイトルはネタバレ防止のため言いませんが、小さなどんでん返しの一つが、私たちが宇宙で観測する銀河の大規模構造――星形成と生命に有利な構造――は、ビッグバンの頃から生きてきた知的種族たちのアートプロジェクトだった、という内容でした。
  Xeelee Sequenceではありません :P