SETI研究者が地球外文明の探索を強化するために「ビッグデータ」がどのように役立つか

はるか遠くの宇宙人が、自分たちの存在を知らせる信号を発信している可能性はあるだろうか？もしそうだとしたら、私たちはどこを探せばいいのだろうか？地球外知的生命体探査（SETI）に注力する研究者たちは、探査の焦点を絞るための新たな戦略を打ち出した。

この戦略は、超新星などの見逃しにくい天文現象と同期する潜在的な星間ビーコンを探し出すことを目的として、単純な三角法を何百万ものデータポイントに適用します。

ワシントン大学の天文学者ジェームズ・ダベンポート氏とその同僚たちは、今月arXivプレプリントサーバーに投稿された研究論文の中でこの計画を提示している。この構想は、ダベンポート氏が今週カリフォルニアで開催されるブレークスルー・ディスカッション・カンファレンスで行った講演でも取り上げられている。

「このテクニックはとてもシンプルだと思います。三角形や楕円など、高校の幾何学のようなものを扱うので、私の得意分野なんです」とダベンポート氏はGeekWireに半ば冗談めかして語った。「シンプルな形や、簡単に計算できるものが好きなんです」

査読付き学術誌にはまだ掲載されていないこのプレプリント論文は、欧州宇宙機関（ESA）の天体観測衛星ガイアのデータに基づいている。しかしダベンポート氏によると、この技術は、数年後にヴェラ・C・ルービン天文台がオンラインになり、毎晩配信される数テラバイト規模の天文データに最適だという。

ダベンポート氏とSETIの同僚たちは、いくつかの仮定から出発する。まず、地球外生命体はコミュニケーションを望んでおり、コミュニケーション手段を構築できなければならない。「地球外生命体の立場から考えると、おそらく何らかのビーコン、つまり灯台のようなものを建設する技術と能力を持っているでしょう」とダベンポート氏は言う。「しかし、常にあらゆる方向に光を当て続けるには、非常に費用がかかります。」

では、そのビーコンはいつ点灯するのでしょうか？一つの戦略としては、ビーコンの閃光を宇宙のフレアアップの観測と同期させることです。「『マルコ・ポーロ』をやっているようなものです」とダベンポート氏は説明します。「大きな出来事が起こった。誰かが『マルコ』と叫べば、『ポーロ』と叫ぶ。あるいは、『私たちも見たよ。見えますか？』と言うのです。」

近年の宇宙の爆発的現象の最も良い例は、SN 1987A だろう。これは 168,000 光年の距離で発生し、35 年前に地球で観測された超新星爆発である。

SN 1987Aの閃光は16万8000年以上もの間、球状に広がり続けており、今後も私たちの天界近傍のさらに遠くまで広がり続けるでしょう。もし、さらに遠くの異星文明が自らのビーコン閃光を超新星の閃光と同期させたいとしたら、光速の有限性のため、私たちはそれを時間差で観測することになるでしょう。

特定の星までの距離がわかれば、その星が「SETI楕円体」の端にある時期、つまりエイリアンビーコンの閃光が発生し、その光が地球の天文学者に検知されるタイミングを推測するのは比較的簡単です。しかし、広がり続ける楕円体の中にある何百万もの星を追跡するのは、それほど簡単ではありません。

天文学における二つの潮流により、SN 1987AのSETI楕円体の監視はますます容易になっています。一つは、Gaiaのような大規模天体探査への移行です。Gaiaは、かつてない精度で遠くの恒星までの距離を測定しています。もう一つは、「ビッグデータ」解析ツールの台頭です。ワシントン大学DiRAC研究所で開発されているアルゴリズムなどがその例です。

ダベンポート氏と彼の同僚たちは、これらのツールを用いて、ガイアのカタログに掲載されている数千もの恒星を調べた。それらはすべて地球から326光年（100パーセク）以内にある。「近隣の恒星の大部分は、依然として長期にわたる監視の有効な対象である」と彼らは報告している。

SETI楕円体を通過する恒星の数は、年間平均734個と予想されています。「毎年監視する対象としては膨大な数ですが、多くの調査で十分に対応可能な範囲です」と研究者らは述べています。

同期信号を探すために空をスキャンする場合、SN 1987A だけが唯一の候補ではありません。他の SETI 楕円体は、銀河新星、ガンマ線バースト、中性子星の合体など、さまざまな天文現象を対象にプロットできます。

同期した信号と思われるものを特定することは、特定のターゲットの調査における最初のステップにすぎません。

「懸念されるのは、『ワオシグナル』のようなシナリオに陥ってしまうことです。非常に興味深いシグナルが発せられても、それが何なのか、あるいはそれが繰り返されるのかどうかさえも示すような繰り返しやその他の追跡調査が全く行われないのです」とダベンポート氏は述べた。「これは確かに懸念すべき事態です。」

一見同期しているように見える閃光は、宇宙の偶然の一致である可能性が高く、KIC 8462852（通称「タビーの星」）として知られる恒星系の減光と増光のような謎の異常現象と関係している可能性があります。数年前、一部の天文学者はこの現象の原因を地球外の巨大構造物に求めていましたが、現在では塵の雲が原因であるという説が有力です。「塵の正体がまだ分かっていないので、非常に興味深い天体です」とダベンポート氏は言います。

ダベンポート氏は、SETIのためにビッグデータをより効率的に活用する方法を開発するため、学生たちに協力を仰いでいる。「使えるトリックはたくさんあります。それをアルゴリズムとして書き出して、データベースやコンピューター、大型機械に組み込んで、実行させるのです」と彼は語った。

SETI楕円体に加えて、このようなアルゴリズムは、地球トランジットゾーンと呼ばれる夜空の帯状の領域にも焦点を当てることができる。これは、地球外天文学者が理論的には地球が恒星を通過するのを観測できる可能性がある領域である。また、ダベンポート氏とSETIの同僚たちは、ガイア・データベースの分析に加えて、ズウィッキー・トランジエント・ファシリティとNASAのトランジット系外惑星サーベイ衛星（TESS）からの観測データ、そしてルービン天文台のLSSTサーベイによって生成される予定のデータも精査できるだろう。

ダベンポート氏は、楕円体探索戦略は見込みが薄いことを認めた。だからこそ、長期にわたって、おそらく何世紀にもわたって既存のデータを活用することが重要なのだ。

「他の文明が灯台の正しい建設方法をどのように考えているかは分かりません」とダベンポート氏は述べた。「彼らにとって何が理にかなっているのか、何が目立つのか、私たちには分かりません。ですから、私たちが持っているデータを最大限に活用しましょう。なぜなら、私たちは他の多くの理由から、そのデータの開発に多くの時間と労力と費用を費やしているからです。」

「ガイアでSETI楕円体を探索」の著者には、ダベンポート氏のほか、バーバラ・カブラレス氏、ソフィア・シェイク氏、スティーブ・クロフト氏、アンドリュー・PV・シエミオン氏、ダニエル・ジャイルズ氏、アン・マリー・コーディ氏などがいる。