Искусственный интеллект помог обнаружить восемь уникальных узкополосных радиосигналов, которые были пропущены стандартными методами поиска внеземных цивилизаций (SETI). В интервью для научно-популярного канала Event Horizon исследователь Питер Ма и астроном Черри Нг подробно рассказали ведущему Джону Майклу Годье о разработанном алгоритме глубокого обучения, анализе архивных данных телескопа Грин-Бэнк и природе зафиксированных аномалий. Это открытие демонстрирует, как современные технологии машинного обучения могут революционизировать обработку астрономических данных и приблизить человечество к обнаружению техносигнатур.
🧠 Искусственный интеллект на службе SETI 3:11
Традиционные методы анализа в рамках проекта SETI во многом ограничены шаблонами сигналов, которые закладывают в алгоритмы сами инженеры и программисты. Как утверждает Питер Ма, главной мотивацией для разработки нового подхода стало стремление применить современные достижения в области компьютерного зрения и глубокого обучения к сложным научным задачам.
По мнению создателей алгоритма, ключевое преимущество глубокого обучения заключается в его способности к генерализации. Это позволяет нейросети предсказывать и распознавать типы сигналов, которые разработчики не могли предусмотреть заранее. Алгоритм обучается выявлять скрытые закономерности в огромных массивах данных, минимизируя человеческий фактор и расширяя границы поиска техносигнатур.
📊 Переосмысление старых данных: архив Breakthrough Listen 5:07
Для тестирования новой нейросети исследователи использовали архивные данные, собранные проектом Breakthrough Listen в период с 2016 по 2017 год. Этот массив информации содержал записи наблюдений в L-диапазоне на частотах от 1 до 2 ГГц.
Основные параметры исследованного датасета:
- Общий объем включал порядка 1000 наборов наблюдений.
- Каждый набор состоял из последовательности шести циклов сканирования.
- В общей сложности было изучено 820 уникальных целевых звёзд.
Ранее этот же массив данных обрабатывался классическим алгоритмом turboSETI. Тогда автоматика пришла к выводу, что в записях отсутствуют какие-либо сигналы, заслуживающие повторного изучения или долгосрочного мониторинга. Однако алгоритм глубокого обучения смог обнаружить в этом массиве скрытые аномалии.
📡 Анатомия аномалии: характеристики восьми сигналов 5:57
Обнаруженные Питером Ма восемь сигналов обладают набором уникальных характеристик, выделяющих их на фоне естественного космического излучения.
Черри Нг выделила ключевые критерии искусственного происхождения этих радиосигналов:
- Узкий диапазон частот: Все восемь сигналов являются узкополосными (narrow band). Астрофизические источники, такие как квазары или пульсары, излучают в широком диапазоне (broadband). Узкополосные сигналы с высокой долей вероятности указывают на технологический источник.
- Частотный дрейф: Сигналы демонстрируют изменение частоты во времени. Такой дрейф свидетельствует о том, что источник движется относительно Земли, что характерно для передатчиков, расположенных на экзопланетах или орбитальных станциях в других звездных системах.
- Успешная фильтрация по каденсу: Сигналы фиксировались строго при наведении радиотелескопа на целевую звезду и полностью исчезали, когда антенна сдвигалась в сторону.
По словам Черри Нг, метод чередования направлений (on-off-on-off approach) является главным способом отсеивания околоземных радиопомех (RFI). Земные помехи обычно улавливаются телескопом вне зависимости от точного позиционирования зеркала антенны, тогда как кандидатные сигналы вели себя как истинно точечные космические источники. Тем не менее, Черри Нг призывает к осторожности, напоминая, что дрейф частоты не дает стопроцентной гарантии внеземного происхождения, поскольку источником помехи все еще может быть движущийся земной объект или околоземный спутник.
🔍 Пять загадочных звёзд и проблема повторных наблюдений 9:11
Восемь зафиксированных сигналов распределились между пятью уникальными звездными системами. Для некоторых звёзд детекции повторялись в разные дни, однако параметры этих повторов озадачили ученых. По словам Питера Ма, сигналы от одной и той же звезды регистрировались на совершенно разных участках частотного спектра. Из-за сильного различия характеристик исследователи пока избегают называть эти источники стабильно повторяющимися.
Дополнительные детали о выявленных кандидатах:
- Мощность сигналов: Отношение сигнала к шуму (SNR) у обнаруженных аномалий варьируется от минимального значения 6 SNR до чрезвычайно мощных всплесков на уровне около 100 SNR. Громкие сигналы отчетливо выделяются на спектрограммах визуально.
- Частотное распределение: Наблюдения велись в диапазоне 1–2 ГГц. Несколько сигналов были зафиксированы в пределах частот от 1430 до 1470 МГц. Это близко к фундаментальной линии водорода (1420 МГц), считающейся «золотым стандартом» для межзвездной связи. Остальные сигналы распределены хаотично, например, в районах 1100 МГц и 1600 МГц.
- Свойства звезд: Все HTML-исследованные светила относятся к различным спектральным классам. На текущий момент ученым неизвестно о наличии подтвержденных экзопланет в этих системах, однако это не исключает присутствия там развитых цивилизаций.
Главной проблемой для верификации открытия стало время. В мае 2022 года команда провела повторные наблюдения этих пяти звезд с помощью телескопа Грин-Бэнк, но не обнаружила никаких следов сигналов. Черри Нг сравнивает эту ситуацию со знаменитым сигналом «Wow!» 1977 года: без стабильного повторения окончательно доказать искусственную природу аномалий невозможно. Ситуация осложняется высокой конкуренцией за время работы крупнейших радиотелескопов, что не позволяет вести непрерывный круглосуточный мониторинг.
🕸 Фильтрация помех: одиночные антенны против радиоинтерферометров 16:04
В процессе исследования ученые столкнулись с фундаментальным различием между обработкой данных на одиночных радиотелескопах и на массивах антенн (интерферометрах). Алгоритм Питера Ма изначально создавался под конфигурацию одиночной тарелки, такой как телескоп Грин-Бэнк (GBT), где фильтрация помех носит временной характер. Телескоп должен физически переводиться с объекта на пустой участок неба и обратно, чтобы подтвердить локализацию источника.
Для работы с современными решетками радиотелескопов — такими как Массив Аллена (ATA), MeerKAT или Очень большая антенная решётка (VLA) — требуется принципиально иной подход. Интерферометры позволяют формировать множество одновременных лучей в определенном секторе неба.
Питер Ма объяснил разницу в механизмах фильтрации:
- Временной фильтр (одиночная антенна): Эффективен, если сигнал пропадает при отведении телескопа в сторону.
- Пространственный фильтр (антенная решетка): Действует как «64 одновременных глаза». Если сигнал фиксируется сразу в нескольких независимых лучах, направленных на разные цели, это мгновенно идентифицирует его как околоземную помеху.
В настоящее время масштабирование созданной нейросети на многоантенные комплексы является приоритетной задачей для команды Breakthrough Listen. Прямой перенос алгоритма без изменения его архитектуры невозможен, поэтому ученые активно разрабатывают новые методы пространственной фильтрации на базе глубокого обучения.
🚀 Перспективы и реальность: когда мы найдём внеземную жизнь? 22:32
До работы в области поиска техносигнатур Черри Нг специализировалась на изучении пульсаров, открыв более 60 новых быстро вращающихся нейтронных звезд с помощью австралийского телескопа Паркс. По её словам, миллисекундные пульсары служат идеальными «космическими часами» высокой стабильности. Измеряя коррелированные задержки в приходе их импульсов из разных областей неба, астрономы могут регистрировать прохождение гравитационных волн сквозь ткань пространства-времени.
Комментируя природу других загадочных явлений — быстрых радиовсплесков (FRB), — Черри Нг выразила убеждение, что они имеют естественное происхождение. По мнению исследовательской группы, гипотеза об их искусственной природе несостоятельна, так как FRB приходят из далеких галактик, находящихся на колоссальном расстоянии друг от друга. Инопланетные цивилизации не смогли бы скоординироваться для генерации идентичных коротких импульсов. Большинство обнаруженных всплесков генерируются магнетарами — молодыми нейтронными звездами с экстремально сильными магнитными полями.
Говоря о будущем SETI, ученые возлагают большие надежды на концепцию коменсальных (попутных) наблюдений. Этот метод предполагает дублирование и параллельный анализ потоков данных, получаемых во время работы радиотелескопов по другим астрономическим проектам. Такой подход компенсирует нехватку выделенного времени.
Размышляя о сроках возможного обнаружения внеземного разума, участники дискуссии высказали разные точки зрения:
- Прогноз Черри Нг: Подтверждение существования техносигнатур может занять более 20 лет, однако начинать масштабные поиски и автоматизацию процессов необходимо уже сегодня.
- Позиция Питера Ма: Исследователь отказался называть конкретные сроки, подчеркнув, что успех наполовину зависит от фактора удачи, который невозможно контролировать. При этом он отметил, что человечество еще никогда не было ближе к решению этой загадки, а представление об уникальности Земли выглядит излишне наивным на фоне открытия тысяч экзопланет со стабильными условиями.
Питер Ма также поделился личной историей открытия: первые кандидатные сигналы он увидел на экране ноутбука летом 2021 года, находясь в мотеле во время четырехдневной поездки на автомобиле из Ванкувера в Торонто. Его первоначальной реакцией был полный скептицизм, поскольку до этого он полтора месяца анализировал исключительно цифровой «мусор» и помехи. Только после тщательной проверки структуры аномалий стало понятно, что алгоритм сработал идеально и выделил чистые сигналы, в точности соответствующие заданным критериям поиска. Все исходные данные проекта Breakthrough Listen остаются полностью открытыми для мирового научного сообщества.
