アストロパルス

Astropulse は、原始ブラックホール、パルサー、地球外知的生命体(ETI)を探すためのボランティアコンピューティングプロジェクトです。ボランティアのリソースは、バークレーオープンインフラストラクチャネットワークコンピューティング(BOINC) プラットフォームを通じて活用されます。1999 年に、宇宙科学研究所は、世界中のデスクトップコンピュータのネットワークを利用して大規模並列計算を提供する SETI @homeを開始しました。SETI@home は、アレシボ電波望遠鏡から記録されたデータを使用し、地球外技術の存在を示す狭帯域の宇宙からの電波信号を探します。この同じデータから、天文学や物理学コミュニティにとって価値のある他の信号を探すことができることがすぐに認識されました。

約6年間、Astropulseは一般公開されていない実験的なベータテスト段階にありました。2008年7月、AstropulseはSETI@homeに統合され、SETI参加者の大規模なネットワークが、その他の価値のある天体信号の探索にも貢献できるようになりました。Astropulseは地球外生命体の探索にも貢献しています。第一に、プロジェクト推進者は、Astropulseが元のSETI@Homeアルゴリズムでは特定されなかった別のタイプの地球外生命体信号を特定できる可能性があると考えています。第二に、推進者は、Astropulseが探索プロジェクト全体から2つ目の具体的な結果を提供することで、SETIへの追加的な支持を生み出す可能性があると考えています。

Astropulseの最終開発は2段階の取り組みでした。最初のステップは、ターゲットパルスを正しく識別できるAstropulse C++コアを完成させることでした。このプログラムが完成すると、チームは隠されたパルスを含むテストデータセットを作成し、完成したプログラムがそれを正しく検出したため、Astropulseコアがターゲットパルスを正しく識別できることが確認されました。2008年7月以降、研究はベータ版の改良に重点を置き、その後、SETI参加者全体に展開されました。プログラミングレベルでは、開発者はまず新しいバージョンがさまざまなプラットフォームと互換性があることを確認し、その後、改良版の速度を最適化します。2009年4月現在、Astropulseはベータ版5.05をテスト中です。

このプロジェクトの将来は、SETI@homeへの資金提供の継続にかかっている。

BOINCのコンセプトは、大きなデータブロックをより小さな単位に分割し、それぞれの単位を参加している個々のワークステーションに配布することです。この目的のために、プロジェクトはAstropulseコアをSETIベータクライアントに組み込み、Astropulseワークユニットに分割された実際のデータをベータテスターチームに配布し始めました。課題は、Astropulseコアが幅広いオペレーティングシステム上でシームレスに動作することを保証することでした。現在の研究は、誤検出を排除または削減するアルゴリズムの改良の実装に焦点を当てています。

Astropulseは、単一パルスと規則的に繰り返されるパルスの両方を探索します。この実験はSETIの新しい戦略を表しており、より長いパルスや狭帯域信号とは対照的に、マイクロ秒の時間スケールのパルスを想定しています。また、パルサーや爆発する原始ブラックホールも発見する可能性があり、どちらも短い広帯域パルスを放出します。Astropulseの中核アルゴリズムの主な目的は、Astropulseが探索しているマイクロ秒の電波パルスのコヒーレントな分散解消です。信号の分散は、パルスが星間物質（ISM）プラズマを通過するときに発生します。これは、高周波放射が低周波放射よりもわずかに速く進むためです。^{[ 2 ]}したがって、信号は、地球とパルスの発生源の間のISMプラズマの量に応じて分散した状態で電波望遠鏡に到達します。分散解消は計算負荷が高いため、分散コンピューティングモデルに適しています。

AstropulseはSETI@homeの分散コンピューティング能力を活用し、計算サブタスクを数十万人のボランティアのコンピュータに委任することで、以前の調査よりも感度と時間分解能の面で優位性を得ています。広帯域パルスは星間物質を通過する際に「チャープ」され、高周波は早く、低周波は遅く到着します。したがって、広帯域周波数成分を持つパルスの場合、分散は信号の地球外起源を示唆します。Astropulseは、分散尺度が以下の範囲のパルスを探索します。50個/ ^cm³ から800  pc/cm ⁻³ (チャープ率7000 Hz から毎マイクロ秒あたり400Hzの 周波数で、天の川銀河内のほぼどこにでも光源を検出できます。

プロジェクト推進者たちは、アストロパルスが爆発するブラックホールを検出するか、あるいは爆発率の最大値を確立すると考えている。5 × 10 ⁻¹⁴ pc ⁻³ yr ⁻¹ であり、これまでのどの調査よりも10 ⁴倍優れている。 ^{[ 3 ]}

Astropulse の目標の 1 つは、「ホーキング放射」によって蒸発している可能性があると想定されているミニブラックホールを検出することです。このようなミニブラックホールは、現在知られているブラックホールとは異なり、ビッグバン中に生成されたと想定されています^{[ 5 ]} 。Astropulse プロジェクトでは、この蒸発によって Astropulse が検出できる電波が発生することを期待しています。蒸発によって直接電波が発生するわけではありません。代わりに、高エネルギーのガンマ線と粒子の膨張する火球が生成されます。この火球は周囲の磁場と相互作用し、磁場を押し出して電波を生成します。^{[ 6 ]}

回転電波過渡現象(RRAT) は、2006 年に英国マンチェスター大学ジョドレルバンク天文台のモーラ・マクラフリン率いるチームによって発見された中性子星の一種です。RRAT は、その過渡的な性質のため、位置特定が非常に困難な電波を放出すると考えられています。 ^{[ 7 ]}初期の試みでは、1 日あたり 1 秒未満の電波放出 ( RRAT フラッシュと呼ばれることもあります) ^{[ 8 ]}を検出することができましたが、他の単一バースト信号と同様に、地上の電波干渉と区別するために細心の注意を払う必要があります。分散コンピューティングと Astropulse アルゴリズムは、RRAT のさらなる検出に役立つ可能性があります。

銀河系外起源と思われるパルスがアーカイブデータで観測されている。同様のイベントが毎日数百件発生している可能性があり、検出されれば宇宙論的プローブとして利用できる可能性があると示唆されている。 Astropulse-SETI@home のような電波パルサー調査は、ミリ秒の持続時間を持つ衝動的なバーストのようなイベントを電波空で監視する数少ない機会の 1 つを提供している。^{[ 9 ]}観測された現象は孤立した性質を持つため、その発生源の性質は推測の域を出ない。可能性としては、ブラックホールと中性子星の衝突、中性子星同士の衝突、ブラックホール同士の衝突、またはまだ考慮されていない何らかの現象などが挙げられる。

しかし、2010年にはパークス望遠鏡から16個の同様のパルスが新たに報告され、それらは明らかに地球起源であった。^{[ 10 ]}

SETI@homeによるこれまでの探査では、地球外生命体との通信を、地球のラジオ放送局に似た狭帯域信号の形で探してきた。アストロパルス・プロジェクトは、地球外生命体がどのように通信するのか全く分かっていない現状では、このアプローチはやや視野が狭いと指摘する。したがって、アストロパルスによる探査は、物理現象の探査の副産物として、SETI@homeの狭帯域探査を補完するものと捉えることができる。

宇宙からのRF放射は、ベル電話研究所でラジオエンジニアとして雷雨による無線周波数干渉を研究していたカール・G・ジャンスキー（1905～1950）によって初めて発見されました。彼は「…起源不明の一定のヒスノイズ」を発見し、最終的に地球外起源であると結論付けました。パルサー（回転する中性子星）とクエーサー（非常に遠方の銀河の密度の高い中心核）は、どちらも電波天文学者によって発見されました。2003年、パークス電波望遠鏡を使用した天文学者は、互いに周回する2つのパルサーを発見しました。これは、知られている限りでは最初のそのようなシステムです。 NRLの天文学者ジョセフ・ラツィオ博士は、最近発見した強力なバースト電波源について説明し、次のように述べています。^{[ 11 ]}「驚くべきことに、空にはX線やガンマ線波長で放射する一時的な天体がたくさん存在することが知られているにもかかわらず、天体にとっては発生しやすい電波バーストを探すための研究はほとんど行われてきませんでした。」コヒーレント分散除去アルゴリズムの使用とSETIネットワークが提供する計算能力により、これまで発見されていなかった現象が発見される可能性があります。

Astropulseとその古くからのパートナーであるSETI@homeは、中等学校の理科教師が生徒を天文学とコンピューター科学に関わらせるための具体的な方法を提供している。多くの学校が、ボランティアによるコンピューター科学の授業プロジェクトを実施している。