[논문 리뷰] Type III Societies (Apparently) Do Not Exist

Brian C. Lacki|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 26.

Space Science and Extraterrestrial Life참고 문헌 79인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 제3형 문명—은하 수준의 사회—이 '블랙박스' 형태로 존재할 수 있다고 제안한다: 전체 은하가 투명하지 않고 열적으로 효율적인 인공 먼지로 이루어진 막에 둘러싸여 있으며, 감지 가능한 마이크로파 복사량을 방출한다. 플랑크 복합 소스 목록의 분석 결과, 700 Mpc의 공동 거리까지 약 300만 개의 은하에서 이러한 블랙박스가 존재하지 않음을 확인했으며, 이는 제3형 문명이 관측 가능한 우주에서 존재할 가능성이 매우 낮아 실제로 존재하지 않는다고 결론을 내린다.

ABSTRACT

[Abridged] Whether technological societies remain small and planet-bound like our own, or ultimately span across galaxies is an open question in the Search for Extraterrestrial Intelligence. Societies that engineer on a galactic scale are classified as Type III on Kardashev's scale. I argue that Type III societies can take the form of blackboxes, entire galaxies veiled in an opaque screen. A blackbox has a temperature that is just above that of the cosmic microwave background. The screen can be made from artificial dust pervading the galaxy. I show that there is enough material in galaxies to build blackboxes if the dust is fashioned into dipole antennas. The thermal emission of a blackbox makes it a bright microwave source. I examine the Planck Catalog of Compact Sources to constrain the abundance of blackboxes. None of the 100 GHz sources has the spectrum expected of a blackbox. The null result rules out shrouded galaxy clusters out to z ~ 1 and shrouded Milky Ways out to (comoving) 700 Mpc. The reach of the results includes 3 million galaxies containing an estimated 300 quadrillion terrestrial planets, as well as tens of thousands of galaxy clusters. Combined with the null results from other searches for Type III societies, I conclude that they are so rare that they basically do not exist within the observable Universe. A hypothesis of "Cosmic Pessimism" is discussed, in which we are alone, our long-term chances for survival are slim, and if we do survive, our future history will be checkered. Our loneliness is suggested by the lack of Type III societies. I discuss the remaining forms of Type III societies not yet well constrained by observation. I argue that the ease of building blackboxes on planetary and Solar System scales may lead, within a few centuries, to environmental catastrophes vastly more devastating than anything we are doing now, boding ill for us.

연구 동기 및 목표

• 제3형 문명—은하 수준의 사회—이 투명하고 열적으로 효율적인 막에 둘러싸인 '블랙박스' 형태로 존재할 수 있는지 조사하기.
• 특히 탄소 나노튜브를 포함한 인공 먼지로 구성된 구조를 통해 은하 수준에서 이러한 블랙박스를 건설하는 열역학적 및 재료적 가능성을 모델링하기.
• 플랑크 복합 소스 목록(PCCS2)에서 블랙박스의 열적 마이크로파 복사량을 검색함으로써 가설을 검증하기.
• 특히 700 Mpc의 공동 거리와 약 300만 개의 은하 범위 내에서 이러한 문명의 빈도를 제약 조건을 설정하기.
• 음성 결과가 페르미 역설과 '우주적 낙관주의'—즉, 인간이 우주에서 유일할 수 있다는 가정—에 미치는 영향을 평가하기.

제안 방법

• 전체 은하를 둘러싸는 투명하지 않고 열적으로 효율적인 막으로 블랙박스를 모델링하며, 내부 온도는 우주 마이크로파 배경(CMB)의 약 2.7 K보다 약간 높게 유지된다.
• 은하간 물질(ISM)의 금속을 사용하여 재료 예산을 계산하며, 먼지가 이중극자 안테나(예: 탄소 나노튜브)로 제작되어 에너지 흡수와 열복사 효율을 극대화한다고 가정한다.
• 블랙박스의 열복사 스펙트럼을 유도하며, 이는 마이크로파 대역(예: 100 GHz)에서 피크를 이룬다. 이는 라디오 탐사로 감지 가능하다.
• 플랑크 복합 소스 목록(PCCS2)을 적용하여 예상되는 블랙박스 스펙트럼을 가진 마이크로파 소스를 검색하며, 스펙트럼 에너지 분포(SED) 피팅을 사용한다.
• 감도 및 각 해상도를 바탕으로, 블랙박스가 감지 가능한 거리 범위를 계산하여 조사의 범위를 추정한다. 이는 감도 한계와 소스 밝기 기반이다.
• 자기 복제 가능한 나노기계(모트)의 인구 증가 모델을 사용하여, ISM/ICM 물질을 수확하여 블랙박스를 건설하는 데의 가능성을 평가하며, 복제 시간과 질량 축적에 대한 방정식을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 제3형 문명이 열역학적 제약을 위반하지 않으면서도, 전체 은하가 투명하고 열적으로 효율적인 막에 둘러싸인 '블랙박스' 형태로 존재할 수 있는가?
• RQ2 그러한 블랙박스의 예상 마이크로파 복사 스펙트럼은 무엇이며, 현재의 탐사(예: 플랑크)로 감지 가능한가?
• RQ3 예상 스펙트럼을 가진 소스가 없음을 감안할 때, 플랑크 복합 소스 목록(PCCS2)을 통해 어느 정도의 거리까지 블랙박스가 배제될 수 있는가?
• RQ4 특히 은간 먼지와 금속을 포함한 가용 은하 물질을 자기 복제 가능한 나노기계를 통해 활용하여 이러한 블랙박스를 건설하는 데 얼마나 현실적인가?
• RQ5 음성 검출 결과가 제3형 문명 존재 가능성과 더 넓은 '우주적 낙관주의' 가정에 미치는 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 플랑크 복합 소스 목록(PCCS2)에서 블랙박스의 예상 스펙트럼 에너지 분포를 보이는 소스가 발견되지 않아, 적색편이 z ≈ 1까지 은하단위에서 블랙박스가 존재하지 않음을 배제한다.
• 블랙박스 신호의 부재는 공동 거리 700 Mpc까지의 은하수와 유사한 은하까지 확장되며, 이는 약 300만 개의 은하와 약 300경 개의 지구형 행성에 해당한다.
• 조사의 감도와 각 해상도 덕분에, 향후 PCCS2의 보다 정교한 분석을 통해 약 3000만 개의 은하에서 블랙박스를 배제할 수 있으며, 추가로 2000만 개의 은하는 남극 탐사 위성(South Pole Telescope)의 수냐예프-젤도비치 탐사로도 검색 가능하다.
• 이론적 모델링 결과, 자기 복제 가능한 나노기계(모트)가 은하간 물질(ISM) 금속을 약 100 km/s의 속도로 효율적인 포착 기하학을 통해 약 몇십억 년 내에 블랙박스를 건설할 수 있는 수준의 속도로 수확할 수 있음을 보여준다.
• 더 흐린 은하단위 물질(ICM)을 수확하는 것은 우주의 연령 내에 완료되기에는 너무 느리며, 이는 은하단에서 블랙박스 형성이 이루어지지 않을 가능성이 높다는 것을 시사한다.
• 음성 결과와 이전의 적외선 영역에서의 다이슨 구조 유사 구조의 음성 검출 결과를 종합하면, 제3형 문명은 관측 가능한 우주에서 존재할 가능성이 너무 낮아 실제로 존재하지 않는다고 결론을 내릴 수 있다.