Under årtionden har mänskligheten investerat enorma resurser i radioteleskop, superdatorer och rymdsonder i hopp om att fånga upp det första beviset på en främmande civilisation. En ny analys från en fysiker vid schweiziska EPFL antyder något djupt frustrerande: en våg av sådana signaler kan redan för länge sedan ha korsat jordens omloppsbana – och våra instrument var helt enkelt för svaga, blinda eller pekade åt helt fel håll.

Decennier och miljarder investerade – utan resultat

Jakten på främmande intelligens är ingen science fiction. Forskare vid observatorier över hela världen lyssnar systematiskt på universum, analyserar data från Hubble-teleskopet och markbaserade radioteleskop och bearbetar miljarder registreringar. Ändå har vi inte tagit emot en enda bekräftad signal. En ny studie från fysikern Claudio Grimaldi vid École Polytechnique Fédérale de Lausanne framför en obehaglig hypotes: kanske har vi redan mottagit teknosignaturer från avancerade civilisationer – vi tittade bara inte på rätt plats vid rätt tidpunkt.

Vad är teknosignaturer och hur känner vi igen en främmande civilisation?

Forskarna förväntar sig inte en inspelning i stil med ”Hej, här är marsbor”. De letar efter så kallade teknosignaturer – mätbara spår av teknologi som naturen inte själv producerar. Det kan handla om ovanliga radiovågor med en tydlig artificiell struktur, korta upprepade laserblixtar, ett överskott av värme i det infraröda spektrumet som vittnar om gigantiska energikonstruktioner, eller märkliga emissionsmönster som inte motsvarar stjärnor, pulsarer eller svarta hål.

För att en sådan signal ska kunna registreras krävs två villkor. Först måste den fysiskt anlända till jordens närhet. Sedan måste vår utrustning vara tillräckligt känslig, inställd på rätt frekvens och riktad mot rätt plats på himlen exakt i det ögonblick då signalen passerar. Det första villkoret låter enkelt. Det andra är en mardröm för ingenjörer och statistiker.

Även om en våg av signaler från rymdvarelser korsar galaxen som en ljusbubbla, kan jorden befinna sig i dess tomma, ”urholkade” del. Vid en tidpunkt då emissionen för länge sedan har tystnat, men ekot fortfarande reser vidare genom rymden. I praktiken betyder det att en teknosignatur kan passera solsystemet under dagar eller månader, medan vi just i det ögonblicket tittar åt ett helt annat håll – eller inte registrerar något i brusets virrvarr.

Forskare vid observatoriet Green Bank i West Virginia och vid australiska Parkes har i decennier systematiskt övervakat utvalda stjärnor. De använder radioteleskop med diametrar på flera meter och analyserar frekvenser från några få megahertz till tiotals gigahertz. Ändå har inget entydigt bevis dykt upp. Det är just därför som Grimaldi utarbetade en statistisk modell som förklarar denna frustrerande verklighet med kalla siffror.

Den statistiska modellen från EPFL avslöjar den kalla sanningen om chanserna

Grimaldi, teoretisk fysiker vid École Polytechnique Fédérale de Lausanne, beslutade sig för att beräkna det som många forskare hittills bara hade talat om intuitivt. Han byggde upp en matematisk modell som tar hänsyn till tätheten av potentiellt beboeliga planeter i Vintergatan, frekvensen av teknosignaturemissioner, emissionernas varaktighet, avståndet från jorden samt våra instruments känslighet. Modellen visar ett oroväckande resultat: för att vi idag realistiskt skulle ha en chans att fånga upp bara en främmande signal, måste långt fler teknosignaturer ha passerat jordens närhet tidigare än vad som är statistiskt sannolikt.

Med andra ord: om vi inte ser signaler nu, är scenariot ”vi förbisåg helt enkelt en hel massa emissioner” inte särskilt hållbart. Långt mer sannolikt är det att sådana utsändningar är mycket mer sällsynta än antagit, eller att de är mycket kortvariga. Grimaldi uppskattar i sin undersökning, publicerad i tidskriften The Astrophysical Journal, att sannolikheten för att fånga upp en långvarigt verkande teknosignatur i ett givet ögonblick är extremt låg med den nuvarande täckningsgraden av våra teleskop på himlen.

Forskare från universitetet i Berkeley, som driver projektet SETI@home, bearbetade i mer än tjugo år miljarder datapunkter från radioteleskopet Arecibo i Puerto Rico. Ändå hittade de ingen bekräftad signal från främmande intelligens. Grimaldis modell förklarar varför: ju kortare och mer sällsynta emissionshändelserna är, desto mindre är chansen att vår detektor är riktad mot rätt plats vid rätt tidpunkt.

En ytterligare faktor är själva galaxens storlek. Vintergatan har en diameter på cirka hundra tusen ljusår och innehåller hundratals miljarder stjärnor. Våra systematiska undersökningar täcker en bråkdel av en promille av detta område och bara i utvalda frekvensbaner. Det motsvarar att försöka bedöma hela jorden genom att titta på några gator i en stad.

Två typer av hypotetiska signaler: spridd värme och riktade fyrar

I Grimaldis analys förekommer två primära typer av hypotetiska signaler som främmande civilisationer möjligen sänder ut. Den första är rundutstrålande emissioner som sprids i alla riktningar – exempelvis spillenergi från gigantisk infrastruktur som ”värmer upp” omgivningarna i det infraröda spektrumet. Den andra typen är riktade signaler, något i riktning mot kosmiska radiofyrar eller laserblixtar som skickas medvetet mot ett bestämt område av himlen.

De första liknar en glödlampa mitt i ett rum: de lyser överallt, men från stort avstånd är deras glans mycket diffus. Den andra påminner om en laserpekare: enormt intensiv, men bara i en smal stråle. I båda fallen krävs teleskop med extraordinär känslighet. Med laserstrålen spelar slumpen dessutom en stor roll – om jorden inte befinner sig exakt i skottlinjen ser vi ingenting.

Forskare vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics uppskattar att en avancerad civilisation som kan bygga en Dyson-sfär runt sin stjärna skulle producera ett mätbart överskott av infraröd strålning. James Webb-teleskopet kan detektera sådana anomalier upp till ett avstånd av flera tusen ljusår. Men även här gäller det att vi måste veta var vi ska titta, och att signalen måste vara stark nog för att skilja sig från den naturliga bakgrunden.

Riktade laserpulser utgör en ännu större utmaning. Om en civilisation på en planet vid stjärnan Proxima Centauri sände ut en lasersignal mot jorden skulle den behöva ha en effekt på tiotals megawatt för att kunna detekteras av våra nuvarande instrument. Och Proxima Centauri är bara fyra ljusår bort. För mer avlägsna stjärnor skulle energikraven växa exponentiellt.

Av Grimaldis analys framgår det att chansen att registrera en främmande teknosignatur i ett givet ögonblick är extremt liten om emissionerna är sällsynta, kortvariga och kommer från stora avstånd. Därför räcker kanske inte decennier av systematiskt lyssnande.

Varför fångar vi fortfarande ingenting – inte ens med de bästa instrumenten?

Sedan 1960-talet har hundratals radiotelesko ptimmar varit riktade mot utvalda delar av himlen. Ändå har vi inte en enda entydig signal. Grimaldis undersökning erbjuder flera kalla förklaringar på varför det förhåller sig så.

Galaxen är enorm, och vår räckvidd är löjligt liten. Vintergatan har en diameter på cirka hundra tusen ljusår. Våra systematiska undersökningar täcker en bråkdel av en promille av detta område och bara i utvalda frekvenser. De signaler vi förväntar oss uppträder sannolikt sällan. I ett givet ögonblick kan det i galaxen bara existera några få emissioner som överhuvudtaget har chans att vara detekterbara för oss. För att fånga upp dem måste vi:

titta i rätt riktning
ha tillräcklig känslighet och exponeringstid
arbeta i rätt vågband
titta exakt i det ögonblick som den aktuella civilisationen sänder ut

Ett enda fel i denna kedja, och även en stark, intelligent emission försvinner i statistisk icke-existens. Forskare från det kaliforniska institutet SETI använder nätverket Allen Telescope Array, som består av 42 antenner med en diameter på sex meter vardera. Även detta avancerade system täcker bara en pytteliten del av himlen åt gången.

Ett ytterligare problem är själva datans karaktär. Universum är brusigt. Pulsarer, stjärnutbrott, upphettade gasmoln – allt detta skapar bakgrundsbrus. Mot den bakgrunden behöver en främmande laser som efter miljoner ljusårs resa anländer till oss som en enda svag glimt inte skilja sig från vanlig interferens. Rundutstrålande emissioner som värme från gigantiska strukturer har det inte lättare. Från tusentals ljusårs avstånd framträder de som en svag ”uppvärmning” av en stjärnas omgivningar.

Svaga impulser försvinner i universums brus. Observatoriet Arecibo i Puerto Rico registrerade före sin kollaps år 2020 miljarder individuella signaler. Den överväldigande majoriteten var naturliga fenomen eller markbaserad interferens. Utvärdering av en sådan datamängd kräver sofistikerade algoritmer och maskininlärning som först under de senaste åren har nått den nödvändiga nivån.

Är vi ensamma i galaxen – eller bara tillfälligt blinda och döva?

Vad kan en vanlig rymdintresserad dra ut av dessa analyser? För det första betyder frånvaron av signaler inte automatiskt att det inte finns några teknologiska civilisationer i hela galaxen. Data visar bara att antingen är teknosignaturer sällsynta och uppträder oregelbundet, eller att deras emissioner är kortvariga så att ”signalbubblor” snabbt passerar oss, eller att de använder kommunikationsmetoder vi ännu inte förstår.

För det andra verkar scenariot där tusentals signaler massvis passerade jorden tidigare och vi oavsiktligt förbisåg alltihop inte vara den mest förnuftiga förklaringen. Långt mer konsekvent är antagandet att det helt enkelt finns få främmande sändare i vår kosmiska närhet i rumtid. Forskare vid institutet SETI i Mountain View i Kalifornien omvärderar därför sina sökstrategier.

Ett intressant alternativ är biosignaturer – spår av liv som inte nödvändigtvis behöver vara teknologiskt. James Webb-teleskopet analyserar exoplaneters atmosfärer i jakten på syre, metan och andra gaser som skulle kunna signalera biologisk aktivitet. Planeten TRAPPIST-1e på ett avstånd av fyrtio ljusår är en av kandidaterna till en sådan undersökning.

Paradoxalt nog är Grimaldis slutsatser inte en uppmaning att ge upp. De antyder snarare att strategin bör tänkas om. Istället för korta lyssningskampanjer i många slumpmässiga riktningar kan det vara mer meningsfullt med långsiktig övervakning av utvalda, lovande stjärnor. Växande nätverk av radioteleskop och beräkningsprojekt baserade på artificiell intelligens kan hjälpa till att fiska upp subtila mönster från enorma datamängder.

Så här kan en lekman förstå det – och vad händer nu?

En bra bild är en våg på vattnet efter att ha kastat en sten i en sjö. Vågen breder ut sig i en cirkel. Vid en viss tidpunkt passerar den platsen där en observatör står på stranden. Om vederbörande just tittar på sin telefon och inte på vattnet registrerar de ingenting. Lite senare finns det inte ett spår av vågen – även om den någonstans därute fortfarande breder ut sig.

I fallet med signaler från rymdvarelser är ”stenen” perioden med aktiv emission. Efter dess upphörande efterlämnas i rymden en expanderande kula av vågor inom vilken det råder tystnad. Jorden kan befinna sig:

utanför denna kula – signalen har ännu inte nått fram till oss
inne i den ”urholkade” delen – signalen har redan passerat oss
exakt på ytan – bara då har vi en chans till registrering

Hela konsten vid SETI består i att ha ögon och antenner öppna exakt under den korta tidsperiod då vågen passerar vår position. Och eftersom galaxen har dimensioner mätta i tiotusentals ljusår kommer de flesta sådana möten att vara extremt osannolika.

Infraröda sökningar vinner också allt större betydelse, där man letar efter ett värmeöverskott som signalerar en stor energiförbrukning. Även om en främmande civilisation inte vill sända ut signaler kan dess infrastruktur oavsiktligt avslöja den – precis som nattbilder av jorden avslöjar utvecklade städer. Spitzer Space Telescope kartlade innan driften upphörde år 2020 tusentals stjärnor just i det infraröda bandet.

För vissa forskare är Grimaldis arbete ett argument för ännu djärvare investeringar i ny infrastruktur och algoritmer som kan genomgå gamla observationsarkiv i jakten på signaler som kanske förbisågs för år sedan. För andra är det en indikation på att uppdrag som undersöker planeter i vårt eget galaktiska närområde är lika viktiga. Om vi någonsin stöter på spår av främmande intelligens behöver det inte alls komma i form av en effektfull radio-”hej” från andra änden av Vintergatan. Det kan vara något långt mer subtilt – något vi först kommer att kunna känna igen med framtidens teknologier.