Listos, SETI, ya
La Dra. Sofia Sheikh, experta en detección de exoplanetas y astrobiologÃa, trabaja en la vanguardia de la investigación SETI observando y analizando señales de ondas de radio que han sido potencialmente emitidas por civilizaciones extraterrestres inteligentes. Además de su trabajo en el Centro de Investigación SETI de Berkeley, la Dra. Sheikh es miembro del proyecto Breakthrough Listen, la mayor colaboración en materia de SETI que existe hasta la fecha.
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¿Quién está ahà fuera?
¿Estamos solos? Desde que la humanidad se dio cuenta de que la Tierra no es única en cuanto a planetas, la idea de que puedan existir especies inteligentes nos ha fascinado (y asustado). Desgraciadamente (o tal vez afortunadamente, dependiendo de la amabilidad de los alienÃgenas) no ha llegado ninguna nave estelar para revelarse públicamente a la humanidad.
Dado que la humanidad no dispone actualmente de la tecnologÃa necesaria para visitar otros sistemas solares (¡están demasiado lejos!), si quisiéramos detectar alguna civilización alienÃgena, tendrÃamos que esperar a que nos enviaran un mensaje. Pero no hay garantÃa de que exista una especie con tecnologÃa lo suficientemente avanzada como para ponerse en contacto con nosotros. Incluso si lo hicieran, no hay garantÃa de que puedan encontrarnos en la inmensidad del cosmos. Por eso, los cientÃficos que participan en la Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre (SETI) se esfuerzan por buscar otras señales de que hay vida extraterrestre, lo que se denomina detección indirecta.
Pensando en las distancias
Uno de los triunfos de la teorÃa de la relatividad de Albert Einstein fue el descubrimiento de un lÃmite de velocidad cosmológico, la velocidad de la luz (c). Los objetos con masa nunca pueden alcanzar la velocidad de la luz, e incluso los objetos sin masa no pueden superarla. Esto hace que viajar a otros sistemas estelares requiera un tiempo increÃble.
Por ejemplo, la luz de nuestro sol tarda más de cuatro años en llegar al vecino estelar más cercano a nuestro sol, Próxima Centauri. Pero los objetos más rápidos que podemos hacer no llegan ni de lejos a la velocidad de la luz. Nuestra sonda más rápida, Parker Solar Probe, tardarÃa más de 8.500 años en llegar a Próxima Centauri, ¡y luego otros 8.500 años en volver a la Tierra!
Buscando pistas: Cómo detectar civilizaciones extraterrestres
Si no podemos enviar una nave espacial a un planeta lejano, y ellos no nos envÃan una a nosotros, ¿cómo podrÃamos descubrir una civilización alienÃgena? Puede ser útil ponernos en el lugar de los extraterrestres: ¿cómo detectarÃa la vida en la Tierra una civilización alienÃgena de aproximadamente el mismo nivel tecnológico que nosotros? (Idea de imagen: un planeta alienÃgena con edificios, etc.)
La respuesta es bastante sencilla: nuestra civilización en la Tierra emite una tonelada de señales (ondas de radio, microondas, etc.) que una civilización alienÃgena podrÃa detectar con sus telescopios. Cada vez que se utiliza la tecnologÃa inalámbrica (Internet, servicios de telefonÃa móvil, radio), se envÃan y reciben señales que son potencialmente detectables por receptores fuera de la Tierra, o incluso fuera de nuestro sistema solar. Llamamos a estas señales tecnofirmas (abreviatura de firmas tecnológicas), ya que indican la existencia de vida extraterrestre inteligente.
SETI vs METI
La búsqueda de civilizaciones extraterrestres puede hacerse de forma activa o pasiva. METI (MensajerÃa de Inteligencia Extraterrestre), es un tipo de búsqueda activa de extraterrestres - implica la emisión de señales al espacio, con la esperanza de que pueda atraer la atención de las civilizaciones alienÃgenas. Por otro lado, el SETI es una búsqueda pasiva, que consiste en escuchar las señales producidas por otras civilizaciones sin intentar intencionadamente atraer su atención. Debido a los debates sobre el riesgo de enviar mensajes a civilizaciones extraterrestres, la investigación SETI moderna es casi totalmente pasiva.
Señales retardadas
Debido a la velocidad finita de la luz, todos los tipos de señales, incluidas las ondas de radio que se propagan en el espacio, tardan en llegar a un receptor. Esto puede retrasar significativamente el envÃo de mensajes a fuentes distantes, lo que limita la rapidez con la que podemos transferir información a través del espacio. Piensa que enviar una señal de radio es como enviar una carta a un amigo. Una vez enviada la carta, no se puede añadir más información a la misma, por lo que tu amigo sólo puede enterarse de los acontecimientos ocurridos antes del envÃo de la carta al leerla.
Cuando nos comunicamos entre nosotros en la Tierra, la velocidad finita de las ondas de radio es prácticamente imperceptible debido a las distancias (relativamente) cortas. Sin embargo, adquiere relevancia cuando se trata de distancias entre estrellas. Para entender estas enormes distancias, los astrónomos a veces miden las distancias en "años luz", que es la distancia que la luz puede recorrer en un año. AsÃ, una civilización extraterrestre situada a 10 años luz estarÃa recibiendo ahora mismo las señales producidas por la Tierra hace diez años, ¡en 2012! Pero una civilización situada a 500 años luz aún no ha recibido ninguna señal de la Tierra, ya que la humanidad no producÃa ondas de radio en 1522. Esa civilización no podrÃa ver señales de nosotros hasta 2399, lo que serÃa 500 años después de que se produjeran las primeras ondas de radio en 1899. Con suerte, ¡todavÃa estaremos por aquà para responderles si deciden saludarnos!
Escucha extraterrestre
Dado que los humanos producen señales detectables, es muy probable que las civilizaciones extraterrestres también lo hagan. Pero, ¿qué tipo de señales deben buscar los investigadores del SETI? Apuntar el telescopio a un punto concreto del cielo, tomar datos y luego analizarlos en busca de posibles señales cuesta tiempo y dinero.
Para resolver este problema, la Dra. Sheikh elaboró una lista para ayudarnos a saber si el lugar donde queremos buscar pistas es bueno. Tuvo en cuenta nueve factores, que se enumeran a continuación:
1. Capacidad de observación
¿Tenemos los recursos y la tecnologÃa que los cientÃficos necesitarÃan para realizar esta observación?
Propuesta buena: Tenemos el tipo correcto de telescopio construido actualmente.
Propuesta mala: NecesitarÃamos construir un nuevo telescopio para poder realizar esta observación.
2. Coste
¿Cuánto cuesta la búsqueda propuesta?
Propuesta buena: La búsqueda propuesta es barata.
Propuesta mala: La búsqueda propuesta es cara.
3. Beneficios adicionales
¿Pueden utilizarse los datos que obtengamos de esta observación para otros fines que no sean el SETI?
Propuesta buena: Los datos podrÃan utilizarse para estudiar, por ejemplo, la formación de una determinada clase de estrellas.
Propuesta mala: Los datos son inútiles fuera de la investigación SETI.
4. Detectabilidad
¿Podrán los investigadores obtener alguna señal, o hay demasiado ruido en las cercanÃas procedente de otras fuentes astronómicas?
Propuesta buena: La señal serÃa clara y más fuerte que el ruido de los alrededores.
Propuesta mala: La señal podrÃa perderse en el ruido.
Ejemplo 1: Relación señal/ruido (SNR)
La relación señal/ruido (SNR) es una medida de la claridad de la señal a través del ruido presente. Supongamos que quieres enviar la señal mostrada en la Figura 1a a tu amigo, que está situado en la luna. Si la señal tiene una SNR alta, será fácil verla a través del ruido (Figura 1b). Pero si la señal tiene una SNR baja, serÃa realmente difÃcil averiguar cuál era el mensaje inicial (Figura 1c). Sin embargo, aunque la señal tenga una SNR baja, los cientÃficos han desarrollado métodos para extraer una señal a partir de unos datos con ruido, de los que hablaremos a continuación.
5. Duración
¿Cuánto durará la señal?
Propuesta buena: La señal dura mucho tiempo, por lo que es más fácil de observar y nos da más datos.
Propuesta mala: La señal dura poco tiempo.
6. Ambigüedad
¿Pueden los procesos naturales imitar la señal de interés, o sólo podrÃa ser explicada por los extraterrestres?
Propuesta buena: No se conoce el origen natural de la señal.
Propuesta mala: Los procesos naturales pueden producir la misma señal, como los púlsares, un tipo especial de estrella cuyas señales se pensó en su dÃa que eran causadas por inteligencia extraterrestre.
7. Extrapolación
¿Están los cientÃficos haciendo suposiciones sobre las civilizaciones extraterrestres cuando proponen que se observe un determinado tipo de señal? ¿Las señales requieren una tecnologÃa muy superior a la de los humanos actuales?
Propuesta buena: La señal no requiere ninguna suposición sobre la historia de la civilización alienÃgena, y además podrÃa producirse con la tecnologÃa actual (humana).
Propuesta mala: O bien la señal requiere una historia de desarrollo similar a la humana, o bien no podrÃa producirse con la tecnologÃa actual (humana).
8. Inevitabilidad
¿Qué probabilidad hay de que una determinada civilización extraterrestre produzca algún dÃa este tipo de señal?
Propuesta buena: Todas las civilizaciones alienÃgenas deberÃan ser capaces de producir esta señal si llegan a ser lo suficientemente avanzadas.
Propuesta mala: Sólo unas pocas civilizaciones alienÃgenas serÃan capaces de producir esta señal.
9. Información
¿Qué aprenderÃamos?
Propuesta buena: La señal nos darÃa mucha información sobre los extraterrestres, más allá de su existencia.
Propuesta mala: La señal sólo nos alertarÃa de la existencia de la civilización extraterrestre.
Las investigaciones de la Dra. Sheikh se centran en la identificación de las señales de radio de las civilizaciones extraterrestres, ¡ya que obtienen una buena puntuación en esta lista de preguntas! Son fáciles de realizar, relativamente baratas, no naturales, producibles con la tecnologÃa actual (humana) y deberÃan contener información más allá de la mera existencia de una civilización extraterrestre. Las señales de radio también son bastante fáciles de detectar. Como son tan buenas candidatas, gran parte de la investigación actual del proyecto Breakthrough Listen se ha centrado en las ondas de radio.
Ejemplo 2: Datos ruidosos
Supongamos que quiere enviar una señal a su amigo, que se encuentra a cierta distancia. Tu señal es una onda, que podemos escribir como
f( t ) = 10 sin( 2t ) (Fig. 2a).
En un mundo perfecto, tu amigo recibirÃa la señal exacta que tú enviaste. Sin embargo, cuando tu amigo mide la señal y la traza, se da cuenta de que ha recibido algunos puntos ruidosos (trazados en 2b). La señal se ha visto afectada por la pesadilla de los cientÃficos, el ruido.
El "ruido" en los datos se refiere a las variaciones aleatorias en lo predicho. El ruido puede provenir de otras señales que interfieren con la tuya, de que tu detector no es perfecto, etc. Pero no hay que preocuparse. Los cientÃficos llevan décadas averiguando cómo extraer las señales de los datos ruidosos.
Una forma es el método de las "medias móviles" (MA), que suaviza nuestros datos y elimina el ruido. Este método funciona asumiendo que el ruido debe ser aleatorio, por lo que se "promediará". Utilizando nuestros datos ruidosos, definimos un nuevo conjunto de datos tal que, si nuestro conjunto de datos original tenÃa valores
{a, b, c, d, e..., n},
entonces nuestro nuevo conjunto de datos tendrá
{(a+b+...+n)/n, (b+c+...+m)/n, ...}
De modo que el numerador de cada término tiene exactamente n número de términos. Si n=2, entonces
{(a+b)/2, (b+c)/2, (c+d)/2, ...}.
A partir de los datos observados (Fig. 2b.), tu amigo aplica la fórmula de la media móvil para diferentes valores de n (véase la Fig. 3). Aumentando el valor de n, se puede recuperar casi perfectamente la señal original, ¡aunque no supiéramos cómo era la señal (Figura 4)! ¡Vaya!
Por supuesto, la señal reconstruida no es perfecta. Pero este método es una de las herramientas más sencillas que tenemos para extraer señales de los datos. Los cientÃficos suelen utilizar métodos mucho más complicados para recrear la señal de forma casi perfecta.
Zona de tránsito terrestre
Utilizando sus nueve factores anteriores, la Dra. Sheikh y sus colaboradores han iniciado un nuevo proyecto que buscará señales de civilizaciones que puedan existir en lo que se conoce como la "Zona de Tránsito Terrestre" (ETZ). El "tránsito" en la ETZ proviene del método de tránsito, que es una forma de detectar planetas fuera de nuestro sistema solar, llamados exoplanetas. El método del tránsito consiste en rastrear los cambios de brillo de otras estrellas en busca de cambios periódicos y regulares, ya que si la estrella tiene un exoplaneta orbitándola, eso provocará una disminución periódica del brillo de esa estrella. Con las observaciones de los cambios en la luz procedente de la estrella, también podemos aprender alguna información sobre el planeta, como su tamaño y su composición atmosférica. Este método ha tenido un éxito increÃble en la búsqueda de nuevos planetas: de los aproximadamente 4.000 exoplanetas que conocemos, ¡3755 se descubrieron con el método de tránsito!
Sin embargo, tiene algunas limitaciones. Debido a que los planetas son mucho más pequeños que las estrellas, la detección del exoplaneta requiere que el planeta esté orbitando en un ángulo particular con respecto al telescopio que se está utilizando. No podemos detectar planetas que no pasen por delante de la estrella desde la perspectiva de nuestros telescopios. Asà que si un alienÃgena en un planeta dentro de la Zona de Tránsito de la Tierra estuviera mirando a través de un telescopio a nuestro Sol, podrÃa ver a la Tierra transitando delante de la estrella. Pero si el extraterrestre estuviera en un planeta fuera de la ETZ, le resultarÃa mucho más difÃcil detectar nuestro pequeño planeta.
Con este conocimiento en mente, la Dra. Sheikh y sus colegas decidieron buscar señales de radio procedentes del interior de la ETZ. Si otras civilizaciones en la ETZ están buscando vida extraterrestre como nosotros, podrÃan detectar tecnosigrafÃas de la Tierra y aprender algunas cosas sobre nuestro planeta, como que nuestra Tierra tiene agua. Un estudio preliminar a través de la ETZ en busca de señales de radio no produjo ninguna señal prometedora. Pero todavÃa hay toneladas de estrellas en la ETZ para que la Dra. Sheikh las explore.
Falsas alarmas
Hasta ahora, nunca hemos detectado vida extraterrestre, pero no por falta de intentos. Ha habido un montón de veces en las que se han observado señales potenciales, solo para ser explicadas posteriormente como procedentes de fuentes naturales (o humanas). Una de estas señales potenciales se observó el 29 de abril de 2019. El Breakthrough Listen Center estaba utilizando el radiotelescopio Parkes en Australia para observar Próxima Centauri, la estrella más cercana al Sol y hogar del exoplaneta más cercano conocido. Al analizar los datos resultantes en busca de tecnoseñales, los cientÃficos (incluida la Dra. Sheikh), descubrieron una única "señal de interés" candidata. Esta señal tenÃa una duración de más de cinco horas y desconcertó a los cientÃficos, ya que no creÃan que ningún fenómeno natural pudiera producirla.
Esta señal produjo un revuelo en los medios de comunicación cuando se reveló su descubrimiento. Sin embargo, la ciencia requiere tiempo, y la Dra. Sheikh y sus colaboradores tardarÃan más de dos años desde la detección inicial en analizar completamente el sistema. Según su análisis, la señal resultó ser de ruido terrestre, un resultado decepcionante pero no sorprendente.
La verdad está ahà fuera
Aunque la señal de Próxima puede haber sido una falsa alarma, la Dra. Sheikh y otros investigadores del SETI siguen comprometidos con la búsqueda de pistas de civilizaciones extraterrestres. Actualmente, la Dra. Sheikh se está preparando para comenzar un nuevo proyecto de observación de tecnoseñales en el Hat Creek Radio Observatory utilizando el Allen Telescope Array. Este nuevo proyecto de observación se centrará en otra región del espacio donde las civilizaciones extraterrestres podrÃan observar a la Tierra orbitando alrededor del sol. Tal vez algún dÃa, la Dra. Sheikh encuentre pruebas de civilizaciones extraterrestres, ocultas en estas señales de las estrellas.
Foto cortesÃa del Instituto SETI
Escrito por Jackie Lodman and Cayla Dedrick
Traducido por Salva Rosauro Alcaraz
Editado por Oriel Humes, Caroline Martin, Manasvi Verma, and Sofia Sheikh
Ilustrado por Weilu Shen
Fuentes primarias:
Breakthrough Listen Initiative
Dr. Sofia Sheikh Awarded National Science Foundation Fellowship for Research & Education at the SETI Institute’s Allen Telescope Array del Instituto SETI
Nine axes of merit for technosignature searches por Sofia Sheikh in International Journal of Astrobiology
Analysis of the breakthrough listen signal of interest Blc1 with a technosignature verification framework por Sofia Sheikh et al. en Nature Astronomy