конференция Горизонты астрономии и SETI Нижний Архыз, 26-30 сентября 2005 года. - презентация

1

2 конференция Горизонты астрономии и SETI Нижний Архыз, сентября 2005 года

3 100 ЗВЕЗД и ВЦ Авторы доклада : Н. С. Кардашев, М. Ю. Тимофеев ( АКЦ ФИАН ), Л. М. Гиндилис, А. И. Захаров, М. М. Кацова, К. В. Куимов, А. В. Миронов, А. С. Расторгуев, Г. М. Рудницкий, В. Г. Сурдин, А. М. Черепащук ( ГАИШ ), Л. Н. Филиппова ( НКЦ SETI ). где Они?

4 Признаки наличия высокоразвитой технологической цивилизации. Наличие избытка излучения в интервале длин волны 10 мкм < λ < 10 мм, что соответствует веществу с T = 300 K и менее. (Астроинженерная конструкция). Данные об инфракрасных потоках можно найти в каталогах IRAS (1988) и 2MASS (2004).

5 Признаки наличия высокоразвитой технологической цивилизации. Наличие радиоизлучения в метровом и сантиметровом диапазоне, существенно превышающего по мощности радиопоток от Солнца. (Искусственные радиопередатчики) Данные о радиоизлучении можно найти, например, в каталоге NVSS: 1,4 ГГц (21см).

6 Основные представления об астроинженерных конструкциях. Астроинженерные конструкции могут быть видны как источники черно- тельного излучения с максимумом в диапазоне 10 мкм – 10 мм. ВАЖНО! Л. Содерблом (1986) Для развития высокотехнологической цивилизации требуется не менее 3 миллиардов лет.

7 Поиск астроинженерных конструкций. Кардашев и др. (1994) : 3000 ярчайших точечных объектов каталога IRAS, расположенных в направлении галактических полюсов, показывают бимодальное распределение по температуре с максимумами при K и K

8 Поиск астроинженерных конструкций. Тимофеев и др. (2000): На основе базы данных IRAS составлен список из 38 объектов, которые имеют распределение энергии в спектре близкое к чернотельному с максимумом излучения, соответствующим температуре или K.

9 Поиск астроинженерных конструкций. Яркие источники IRAS 10216–5737 IRAS 13129–6211 IRAS не отождествлены с оптическими звездами. Они могут являться АК, которые полностью экранируют излучение звезды.

10 Списки кандидатов для поиска ВЦ. Поиск астроинженерных конструкций. Для выборки объемом 365 звезд солнечного типа не было обнаружено признаков сфер Дайсона. Югаку и др. (1995, 1997, 2002) Рассмотрели звезды спектральных классов F, G, K и классов светимости IV, V и VI, на расстояниях менее 25 пк от Солнца Критерий : [K]–[12], [K] зв. величина в полосе K (2,2 мкм), [12] зв. величина на длине волны 12 мкм (IRAS),

11 Списки кандидатов для поиска ВЦ. Поиск астроинженерных конструкций. Чарли Конрой (2004) : Рассмотрел 1000 звезд до 50 парсек от Солнца с низкой хромосферной активностью H и K CaII. Возраст > 1 миллиарда лет. Величины K из каталога 2MASS, [12] из каталога точечных источников IRAS.

12 Списки кандидатов для поиска ВЦ. Поиск астроинженерных конструкций. Ч. Конрой: В распределении по показателю цвета [K]–[12] есть небольшой избы- ток звезд при [K] – [12] +0,6. Это может соот- ветствовать ком- поненте черно- тельного излуче- ния с T 300 K.

13 Ожидаемые параметры астроинженерных конструкций с расстояния D = 7 пк. Температура T AK (K) Светимость L/L Sun Радиус R=(L/4πσ) ½ T -2 Угловой диаметр Θ = 2R/D Модель 1 (Сфера, излучающая изотропно как черное тело при температуре 300К и солнечной светимости, с расстояния 7 пк) ,63·10 13 см 0,5 Спектральная плотность потока изл-я F ν =B ν πR 2 /D 2 (Ян) 10 мкм100 мкм1 мм1 см10 см ,73,8· ,8·10 -4

14 Ожидаемые параметры астроинженерных конструкций с расстояния D = 7 пк. Температура T AK (K) Светимость L/L Sun Радиус R=(L/4πσ) ½ T -2 Угловой диаметр Θ = 2R/D Модель 2 (предположение о максимальном термодинамическом кпд и использовании криогенных технологий) 312,63·10 17 см 1,3° Спектральная плотность потока изл-я F ν =B ν πR 2 /D 2 (Ян) 10 мкм100 мкм1 мм1 см10 см 001,5 · ·

15 Ожидаемые параметры астроинженерных конструкций с расстояния D = 7 пк. Данные наблюдений, по-видимому, исключают наличие моделей 1 и 2 среди ближайших звездных систем, но оставляют возможность существования для моделей с частичным использованием оптического излучения звезд солнечного типа.

16 Ожидаемые параметры астроинженерных конструкций с расстояния D = 7 пк. ТемператураСветимостьРадиусДиаметр Модель 3. (Для М-карликов минимальные светимости L=L sun /4000, поэтому R и Θ в ,5 60 раз меньше, а F ν в 4000 раз меньше, чем для моделей 1 и 2.) 1) 300 2) ,38·10 11 см 4,38·10 15 см 0,008 1,3 Спектральная плотность потока изл-я F ν =B ν πR 2 /D 2 (Ян) 10 мкм100 мкм1 мм1 см10 см 3,75· ,5· ,2· ,5 9,5· ,5 9,5· ,3·10 -2

17 Ожидаемые параметры астроинженерных конструкций с расстояния D = 7 пк. Планетные системы красных карликов могут быть благоприятны для жизни и могут иметь возраст более 10 миллиардов лет. Им соот- ветствуют АК с минимальным значением потока и углового размера. Данные наблюдений оставляют возможность существования для модели 3 для ближайших звездных систем.

18 Потребность в новых списках для SETI. В последнее время с подобными списками выступили американские исследовательницы Маргарет Тэрнбулл и Джилл Тартер. В настоящее время в северной части Калифорнии вводится в строй телескоп «1 гектар»: 350 шестиметровых «тарелок» на площади 100 × 100 м. Его современное название: Allen Telescope Array (ATA). Предполагается, что он будет в состоянии за один год оценить поток радиоизлучения в интервале частот 0,5 – 11 ГГц более чем для звезд. Встает задача создания новых списков звезд- кандидатов для поиска признаков высокотехнологичных цивилизаций.

19 Списки M.Turnbull и J.Tarter. Turnbull, M.C., Tarter, J.C. Astrophys.J.Suppl.Ser. V.145. P Turnbull, M.C., Tarter, J.C. Astrophys.J.Suppl.Ser. V.149. P

20 Порядок отбора кандидатов для 1-го списка Margaret Turnbull и Jill Tarter. Всего объектов в каталоге Hipparcos Отобраны непеременные звезды с надежными определениями параллакса и показателя цвета осталось Отброшены гиганты и звезды ранних спектральных классов осталось Отброшены звезды с возрастом менее 3·10 9 лет осталось Отброшены звезды с [ Fe/H ] < осталось Отброшены кратные системы с указанием на нестабильность орбит осталось Отброшены системы с планетами-гигантами в зоне обитания осталось Последний список Тэрнбулл и Тартер называют Каталогом ближайших звездных систем, пригодных к обитанию: Catalog of Nearby Habitable Stellar Systems (HabCat).

21 2-й список M.Turnbull и J.Tarter. 2-й список основан на данных каталога Тихо-2, содержащего около 2,5 миллиона звезд. Для звезд с надежными собственными движениями статистически оценена абсолютная величина M = m – lg μ. Отброшены звезды ранних спектральных классов и гиганты; Осталось ; Этот список Тэрнбулл и Тартер называют Дополнительным списком объектов для SETI.

22 3-й список M.Turnbull и J.Tarter. Звезды каталога Hipparcos ограничены по звездной величине. Т&Т выдвинули в качестве кандидатов для SETI полный список звезд, входящих в 100 ближайших звездных систем. В 100 ближайших системах содержится 157 объектов различных типов. Из них в HabCat входят только 28 объектов

23 157 объектов в составе 100 ближайших систем. 17 объектов не являются звездами главной последовательности. 6 коричневых карликов 8 белых карликов 3 три внесолнечные планеты-гиганты. 17 объектов, не имеют надежно установленного спектрального класса, по-видимому все они карлики класса M. 20 % A0–K5. 80 % K6-M9. На долю этих 80 % красных звезд приходится более 50 % массы и менее 0,5 % светимости.

24 Значение систем с красными карликами. Общее количество M-карликов весьма велико. Возможностей для существования высоко- технологичных цивилизаций в системах звезд наиболее поздних спектральных классов гораздо меньше, чем в системах звезд G, так как ширина зоны обитания в системах поздних карликов мала и, следовательно, мала вероятность нахождения там землеподобной планеты. Однако большое число таких систем в некоторой степени компенсирует этот эффект.

25 Хороши ли ближайшие звезды как объекты для поиска технологических ВЦ ? Нужно отобрать звезды с возрастом свыше 3 миллиардов лет. Эволюционные треки карликов более поздних, чем F5, в течение первых 3 миллиардов лет эволюционируют вдоль главной последовательности, поэтому невозможно различить эффекты возраста и массы.

26 Косвенные характеристики карликов большого возраста. 1. малая скорость осевого вращения; 2. низкий уровень хромосферной активности : (отсутствие сильных эмиссий в линиях H и K CaII, в бальмеровских линиях водорода и других линиях); 3. пониженная металличность; 4. высокая пекулярная скорость; 5. низкий уровень коронального радио- и рентгеновского излучения; и т.п. Эти критерии (кроме 1-го) являются статистическими и не могут однозначно указывать на возраст конкретной звезды.

27 Отбор объектов для SETI из числа 100 ближайших звездных систем. Исключить из списка 100 ближайших: незвездные объекты ; белые карлики ; коричневые карлики ; звезды со спектрами ранее F5 ; Звезды с наличием эмиссии в линии Hα. (Данные о 45 звездах имеются в каталоге Гершберга и др.) Звезды с высоким уровнем рентгеновской светимости: lg F X > 5,2 (данные о 96 звездах получены на спутнике ROSAT). Звезды, для которых нет данных ни о спектральных классах, ни об Hα эмиссии ни о рентгеновских потоках ни о скорости осевого вращения В результате остаётся 58 звезд

28 Диаграмма [K] – [12] для 38 звезд из 100 ближайших систем. Красными точ- ками отмечены 25 объектов, из числа оставлен- ных нами в списке 58 звезд Явных указаний на существование ИК избытков нет

29 HabCat и список 58. В число 58 входят 19 объектов HabCat. В списке 100 ближайших систем содержатся ещё 8 звезд, которые входят в HabCat, но не попали в число 58-ми. Звезды GJ 674, GJ 205, GJ 338A и GJ 338B, согласно Каталогу Гершберга и др., имеют поверхностный рентгеновский поток, FX > 5,2; Для звезд LP б, GJ 555, GJ 581 и GJ 829A нет оценок параметров хромосферной активности.

30 Радиоизлучение на волне 21 см. По данным каталога 1,4 GHz NRAO VLA Sky Survey (NVSS ) координаты трех звезд из списка 100 ближайших совпадают с координатами радиоисточников NVSS. GlieseHIPS(mJ)W Hα (Ǻ)LXLX FXFX Gl 644A82817AB10,2 ±0,5 1,9029,046,96 Gl ,0 ±0,6 6,3028,656,78 Gl 896A116132= EQ Peg 7,5 ±0,5 7,7028,606,66 Все три звезды обладают сильной эмиссией Hα и большой рентгеновской светимостью (они исключены из числа 58-ми).

31 Звезды-кандидаты, предлагаемые авторами доклада. Нами сделана попытка составить новый список кандидатов для поиска высокотехнологичных ВЦ. Причиной, побудившей сделать это, было появление новых работ, которые не были учтены T&T. (Еще один список T&T мы обсудим позднее)

32 Список, предлагаемый авторами доклада. Нами сделана попытка составить новый список кандидатов для поиска высокотехнологичных ВЦ. Причиной, побудившей сделать это, было появление новых работ, которые не были учтены T&T. Женевско-Копенгагенский обзор The Geneva-Copenhagen survey of the Solar neighbourhood. Ages, metallicities, and kinematic properties of ~14000 F and G dwarfs. Nordstrom B., Mayor M., Andersen J., Holmberg J., Pont F., Jorgensen B.R., Olsen E.H., Udry S., Mowlavi N. Каталог Гершберга и др. Catalogue and bibliography of UV Cet stars flare stars and related objects in the solar vicinity Gershberg R.E., Katsova M.M., Lovkaya M.N., Terebizh A.V., Shakhovskaya N.I.

33 Основа для отбора кандидатов. За основу был принят общеизвестный каталог Глизе и Ярайса CNS3. V/70A Preliminary Version of the Third Catalogue of Nearby Stars GLIESE W., JAHREISS H. В каталоге CNS3 содержится 3802 объекта.

34 Лирическое отступление: параллаксы Гиппаркос и параллаксы в каталоге CNS.

35 Отбор наших кандидатов. 1-й этап. Отобраны только те звезды, для которых параллакс π > 0,040 одновременно и в Hipparcos и в CNS3

36 Отбор наших кандидатов. 2-й этап. Отброшены : звезды, для которых спектральные классы раньше F5; звезды, для которых определён класс светимости II, III или III-IV; белые карлики; коричневые карлики.

37 Отбор наших кандидатов. 3-й этап. Отброшены : звезды с плохо определёнными спектральными классами, если эти спектральные классы противоречат оценке абсолютной звездной величины; звезды с противоречиями между спектральным классом и показателем цвета B T – V T (Tycho)

38 Отбор наших кандидатов. 4-й этап. Привлечение данных о возрасте. I. The Geneva-Copenhagen survey of the Solar neighbourhood. Ages, metallicities, and kinematic properties of ~ F and G dwarfs. Nordstrom B., Mayor M., Andersen J., Holmberg J., Pont F., Jorgensen B.R., Olsen E.H., Udry S., Mowlavi N. 648 объектов

39 Отбор наших кандидатов. 4-й этап. Привлечение данных о возрасте. II. Catalogue of ages, metallicities, orbital elements and other parameters for nearby F stars. Marsakov V.A., Shevelev Yu.G. 259 объектов

40 Отбор наших кандидатов. 4-й этап. Привлечение данных о возрасте. III. Lithium abundances of the local thin disc stars. Lambert D.L., Reddy B.E. 128 объектов

41 Отбор наших кандидатов. 4-й этап. Привлечение данных о возрасте. IV. The solar neighbourhood age-metallicity relation. Does it exist? Feltzing S., Holmberg J., Hurley J.R. 158 объектов

42 Отбор наших кандидатов. 4-й этап. Привлечение данных о возрасте. V. HIPPARCOS age-metallicity relation of the solar neighbourhood disc stars. Ibukiyama A., Arimoto N. 147 объектов

43 Отбор наших кандидатов. 4-й этап. Привлечение данных о возрасте. VI. Lithium abundances for 185 main-sequence stars. Chen, Y.Q., Nissen, P.E. Benoni, T., Zhao G. 89 объектов

44 Сравнение возрастов по данным разных каталогов. Несмотря на то, что индивидуаль- ные оценки возрастов имеют очень большую неопределённость, данные разных ката- логов коррелируют друг с другом. Если возраст менее 3 млрд лет, то это подтверж- дается почти всеми каталогами одновре- менно.

45 Отбор наших кандидатов. 4-й этап. Привлечение данных об осевом вращении. VII. Компилятивный каталог данных о периодах вращения звезд. Кацова М.М. (частное сообщение) 278 объектов

46 Отбор наших кандидатов. 4-й этап. Были отобраны только те звезды, о которых было известно: либо, что во всех привлеченных каталогах их возраст не менее, чем 2,5 миллиарда лет, либо, что периоды их осевого вращения более чем 19 суток. (Звезды без сведений о возрасте или скорости вращения были удалены) После 4-го этапа осталось 760 звезд В их числе 132 M-карлика

47 Отбор наших кандидатов. Последний этап. Из числа 760 были отобраны звезды, для кото- рых имеются W, B, V и R величины в Тянь-Шаньском фотометрическом каталоге. Таких звезд 129. На основе этих данных была построена двухцветная диаграмма W – B, B – V.

48 Отбор наших кандидатов. Последний этап. Двухцветная диаграмма. Более молодые и более металличные звезды в окрестности Солнца лежат на последовальности Гиад, возраст которых около 600 миллионов лет, а металличность почти вдвое больше солнечной.

49 Отбор наших кандидатов. Последний этап. Двухцветная диаграмма. Возраст и металличность звезд находятся в антикорреляции. Удалены звезды с пространственной скоростью > 60 км/с, которые статистически имеют самую низкую металличность. Осталось ровно 100 звезд

50 Анализ отобранных кандидатов. Положение на небесной сфере.

51 Анализ отобранных кандидатов. Положение на Г-Р диаграмме.

52 Анализ отобранных кандидатов. Сравнение со списками T&T. В число 100 отобранных звезд входят 3 звезды из членов 100 ближайших систем. Это η Cas, τ Cet и HD В число 100 отобранных звезд входят 8 объектов из списка 25 «наиболее приоритетных». T&T считают приоритетными звезды, удаленные не более чем на 25 пк и наиболее подобные Солнцу. Все 760 (и следовательно все 100) отобранных звезд содержатся в HabCat.

53 Анализ отобранных кандидатов. Сравнение визуальных и ИК потоков. HD HD HD

54 Анализ отобранных кандидатов. Отождествление с радиоисточниками каталога NVSS. HDΔrS(мЯн)σSσS

55 Первые результаты наблюдений в ПРАО. I. HD = CNS 644= Wolf 630. Сигнал вне S 0 =5σ не обнаружен. Gliese876 Сигнал вне S 0 =5σ не обнаружен.

56 Первые результаты наблюдений в ПРАО. II. HD Сигнал вне S 0 =5σ не обнаружен. Есть подозрение на протяженную компоненту вблизи центра спектра HD С игнал вне S 0 =5σ не обнаружен.

57 Первые результаты наблюдений в ПРАО. II. Gliese896A = EQ Peg Сигнал вне S 0 =5σ не обнаружен. 37 Gem = HD Сигнал вне S 0 =5σ не обнаружен. Есть инструмен- тальное искажение сигнала

58 Первые результаты наблюдений в ПРАО. IV. HD Сигнал вне S 0 =5σ не обнаружен.

59 Выводы Из числа 157 компонентов, входящих в 100 ближайших систем только 58 звезд могут расматриваться как кандидаты для SETI. Предложены списки из 760 и из 100 звезд-кандидатов для SETI, возраст которых превышает лет, а расстояние менее 25 пк. Нужны их наблюдения в ИК и радио- диапазонах. Необходимы дальнейшие наблюдения для выявления старых карликов в окрестностях Солнца. Существующих сведений о наличии карликов, о скоростях их вращения и возрастах категорически недостаточно.

60 Спасибо за внимание