[論文レビュー] Life-hostile conditions in the early universe can increase the present-day odds of observing extragalactic life

S. Jay Olson|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2017

Space Science and Extraterrestrial Life参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、初期宇宙における生命に不適な環境が、逆説的に、観測可能な銀河間Kardashev型III以上文明の推定数を増加させ得ると主張している。これは、初期の絶滅イベントを減少させ、生命が後に進化できる適応可能な場所を保存するからである。この効果は、高度な生命が拡散し、潜在的な発生場所を駆逐することで生じる。人類の『典型的』な到着時刻は、未干渉な地域で生命が出現する確率が高くなることを示唆し、その結果、目に見えるK3+文明の期待数が増加する。

ABSTRACT

High-energy astrophysical events that cause galaxy-scale extinctions have been proposed as a way to explain or mollify the Fermi Paradox, by making the universe at earlier times more dangerous for evolving life, and reducing its present-day prevalence. Here, we present an anthropic argument that a more dangerous early universe can have the opposite effect, actually increasing estimates for the amount of visible extragalactic life at the present cosmic time. This occurs when civilizations are assumed to expand and displace possible origination sites for the evolution of life, and estimates are made by assuming that humanity has appeared at a typical time. The effect is not seen if advanced life is assumed to always remain stationary, with no displacement of habitable worlds.

研究の動機と目的

• 初期宇宙における生命に不適な環境が、観測可能な銀河間Kardashev型III以上文明の推定数に与える影響を調査すること。
• より危険な初期宇宙環境が、検出可能な高度文明の可能性を低下させるのではなく、増加させる可能性があるかどうかを検討すること。
• 文明の拡散と適応可能な世界の駆除が、人為的推定に与える影響を検討すること。
• さまざまな絶滅リスク関数のもとで、到着時刻分布に与える典型性仮定の影響を評価すること。
• 初期宇宙の危険性が、銀河間SETIの可能性を減少させるのではなく、増加させる条件を明確にすること。

提案手法

• 高度な生命の出現率を $ f(t) = \alpha F(t) $ としてモデル化し、ここで $ F(t) $ は適切な惑星的条件の発生率、$ \alpha $ は生命が進化する条件付き確率である。
• 拡散要因 $ g(t) $ を導入し、時間 $ t $ においてまだ拡散的文明に占領されていない適応可能な場所の割合を表す。
• 正規化された到着時刻分布を $ P_{TOA}(t) = N^{-1} f(t)g(t) $ と定義し、$ N = \int_0^\infty f(t)g(t) dt $ とする。
• 典型的な到着時刻（例：平均値や中央値）の仮定を用いて、未干渉な適応可能な世界で高度な生命が出現する確率を推定する。
• インパルス的リスク関数 $ \delta F(t) = -\epsilon \delta(t - \bar{t}) $ を用いて、初期の絶滅リスクの急増をモデル化し、その結果生じる観測可能な文明の期待値 $ \delta E_{\text{obs}} $ の変化を計算する。
• さまざまな $ \bar{t} $、$ F(t) $ の形状（例：段階関数または現実的な生命出現率関数）、および拡散速度（例：$ v = 0.3c $）における $ \delta E_{\text{obs}} $ の応答を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 拡散と駆除を考慮した場合、初期宇宙の不適性が高まると、観測可能なK3+文明の推定数は減少するのか、それとも増加するのか？
• RQ2 文明の駆除を組み込むことで、人類の典型的な到着時刻に基づく人為的推論はどのように変化するか？
• RQ3 より危険な初期宇宙環境が、目に見えるK3+文明の推定値を高める条件は何か？
• RQ4 駆除が生じる限り、初期の絶滅リスクが高まっても、平凡性原理が依然として銀河間生命の推定値を高める可能性があるか？
• RQ5 観測可能な文明の期待数が、初期絶滅イベントのタイミングと集中度にどのように依存するか？

主な発見

• 適応可能な場所の駆除を考慮した場合、初期の生命出現率を抑制する初期宇宙の絶滅イベントを導入することで、観測可能なK3+文明の期待数が増加する。
• この効果は、さまざまな典型性仮定（平均値、中央値、平均値±σなど）および現実的な生命出現率関数 $ F(t) $ に対して安定している。
• 宇宙の生命歴史のほぼ全期間にわたり、時間 $ \bar{t} $ におけるインパルス的リスク関数は $ \delta E_{\text{obs}} $ を増加させるが、極めて初期の時点を除いてはそうである。
• 期待される可視性の増加は、典型性仮定が、初期の絶滅イベント後に未干渉な場所で生命が出現する確率を高めに推定するように拡大することに起因する。
• 典型的な到着時刻仮定と拡散速度の組み合わせが81通りのシナリオにおいても、初期の危険性を高めることで、常に目に見えるK3+文明の推定値が上昇した。
• この効果は病理的ではなく、以前に発表されたモデルと整合的であるが、拡散と人為的推論の逆説的結果として、以前には認識されていなかった。