Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Galactic Dynamics and the spread of Galactic Civilisations

Strickert, Markus LU (2020) In Lund Observatory Examensarbeten ASTK02 20201
Lund Observatory - Undergoing reorganization
Abstract
Abstract

The idea of the spread of life through the galaxy is, in most minds, considered science
fiction. Yet, scientists argue that most galaxies have had more than enough time for
civilisation development and space travel. In this thesis I simulate how civilisations
can spread through the galaxy via close encountering stars, assuming they travel at
sub-relativistic speeds. A defined region around the solar neighborhood, populated
by Sun-like stars, is simulated over time by tracking the motion of stars using the
epicycle approximation. The systems of stars include suitable planets for life development
(abiogenesis) where each step of the planet's evolution process is represented
by a certain evolution index. The indices are... (More)
Abstract

The idea of the spread of life through the galaxy is, in most minds, considered science
fiction. Yet, scientists argue that most galaxies have had more than enough time for
civilisation development and space travel. In this thesis I simulate how civilisations
can spread through the galaxy via close encountering stars, assuming they travel at
sub-relativistic speeds. A defined region around the solar neighborhood, populated
by Sun-like stars, is simulated over time by tracking the motion of stars using the
epicycle approximation. The systems of stars include suitable planets for life development
(abiogenesis) where each step of the planet's evolution process is represented
by a certain evolution index. The indices are governed by comparing a random number
to a probability distribution, representing the probability for a planet to evolve.
The probability distribution is in turn extended by including a steepness parameter
N, where N = 0 gives a Poisson distribution while N > 1 produces a distribution
that is more tightly peeked. The model keeps track of close encountering stars,
which allow for civilisations to colonize a passing, habitable planet. On average, a
star's nearest neighbor is at a distance of 36, 47, and 82 pc for simulations with
1000, 600, and 200 stars respectively. By changing the probability distribution that
governs the chance of index increase, the first technologically developed civilisation
was found after 0.27, 3.65, or 4.8 Gyr, depending on the steepness parameter of
the probability distribution. The number of colonized planets over time followed an
exponential increase in the beginning with a fall-off close to the saturation point of
the number of stars. For star counts of 200, 600, and 1000 stars, allowing only one
civilisation to travel while the others remain stationary on their home planets, the
galaxy became dominated by the single spreading civilisation only when considering
1000 stars with a steepness parameter of N = 3. In this case, 89 per cent of the
planets were colonized by the single civilisation. For 200, 600 and 1000 stars and
N = 0, the stationary civilisations dominated, colonizing 99 %, 99.3 % and 99.7 %
of the planets respectively. For N = 3, 85 % of the 200 planets and 66 % of the 600
planets were dominated by the stationary civilisations after 12 Gyr. This implies
that decreasing the mean distance between stars (by including more stars) in addition
to including the steepness parameter, made it possible for a single civilisation
to colonize the galaxy faster than the rate of which stationary civilisations develop. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Populärvetenskaplig beskrivning
- Är rymden en enda stor tunnelbana?

Finns det utomjordiskt liv i universum? Konceptet av Fermi paradoxen har förundrat forskare sedan tidigt 50-tal. Den ställer frågan om varför utomjordiskt liv inte har blivit upptäckt ännu. I jämförelse med andra system i universum är vårt solsystem relativt ungt med sina 4,6 miljarder år. Detta betyder att stjärnor med äldre planetsystem bör haft mer än nog tid för en utomjordisk civilisation att sprida sig genom universum. Stuart Armstrong och Anders Sandberg hävdar i ett papper 2013 att kolonisera universum är en "relativt enkel uppgift" för en civilisation med utvecklad teknologi och energikällor rustat för rymdresor.

Men, för möjligheten av utomjordiska resor... (More)
Populärvetenskaplig beskrivning
- Är rymden en enda stor tunnelbana?

Finns det utomjordiskt liv i universum? Konceptet av Fermi paradoxen har förundrat forskare sedan tidigt 50-tal. Den ställer frågan om varför utomjordiskt liv inte har blivit upptäckt ännu. I jämförelse med andra system i universum är vårt solsystem relativt ungt med sina 4,6 miljarder år. Detta betyder att stjärnor med äldre planetsystem bör haft mer än nog tid för en utomjordisk civilisation att sprida sig genom universum. Stuart Armstrong och Anders Sandberg hävdar i ett papper 2013 att kolonisera universum är en "relativt enkel uppgift" för en civilisation med utvecklad teknologi och energikällor rustat för rymdresor.

Men, för möjligheten av utomjordiska resor behövs kunskap kring planetsystem och stjärnors faktiska rörelse samt vilka möjligheter dessa har att utveckla beboeliga förhållanden. Vi vill inte spendera en livstid sökande efter en planet för att tillslut hamna på en planet som Gliese 581c, som skulle - vilket en artikel i Bored Panda bildligt beskriver - "smälta dig levande på närsidan och frysa dig till en snögubbe på fjärrsidan".

Trots att rymden är relativt tom finns ändå tonvis av omkringflytande objekt vilket kan påverka stjärnors rörelse och dra dem ur deras banor. Även strukturen av galaxen kan påverka sättet som stjärnorna rör sig. Dessa så kallade störningar gör att stjärnor börja vobbla kring sin, i jämvikt, cirkulära bana, vilka tillsammans med stjärnornas rörelse, bildar så kallade epicykelrörelser.

I mitt projekt är målet att simulera spridningen av en civilisation genom en galax likt vår egen. För att lyckas med detta måste en förståelse kring dessa epicykelrörelser skapas. Dessutom, att få en uppfattning om vilka sannolikheter och möjligheter det finns för planeter att skapa beboeliga förhållanden. Genom att skapa ett datorskript, innehållande denna bakomliggande fysik, kan en simulering över spridningen göras. Det slutgiltiga resultatet ger en beskrivning över hur ett sådant datorskript kan byggas upp, samt en illustrativ simulering över spridningen av en eller flera civilisationer genom galaxen.

Så frågan är tillslut: är rymden bara en stor tunnelbana av anslutande spår att resa med? Kan det vara så att dessa spår bara inte är tillräckligt utvecklade ännu och att vår kapacitet inte för tillfället räcker till? Den här simuleringen kan ge insikt i varför vi inte redan nu äter våra middagsmåltider tillsammans med utomjordingar och därtill, ge en uppfattning om när och om den möjligheten någonsin kommer att finnas. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Strickert, Markus LU
supervisor
organization
alternative title
Galaktisk dynamik och spridningen av galaktiska civilisationer
course
ASTK02 20201
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
publication/series
Lund Observatory Examensarbeten
report number
2020-EXA168
language
English
id
9018128
date added to LUP
2020-06-22 10:16:36
date last changed
2020-06-22 10:16:36
@misc{9018128,
  abstract     = {{Abstract

The idea of the spread of life through the galaxy is, in most minds, considered science
fiction. Yet, scientists argue that most galaxies have had more than enough time for
civilisation development and space travel. In this thesis I simulate how civilisations
can spread through the galaxy via close encountering stars, assuming they travel at
sub-relativistic speeds. A defined region around the solar neighborhood, populated
by Sun-like stars, is simulated over time by tracking the motion of stars using the
epicycle approximation. The systems of stars include suitable planets for life development
(abiogenesis) where each step of the planet's evolution process is represented
by a certain evolution index. The indices are governed by comparing a random number
to a probability distribution, representing the probability for a planet to evolve.
The probability distribution is in turn extended by including a steepness parameter
N, where N = 0 gives a Poisson distribution while N > 1 produces a distribution
that is more tightly peeked. The model keeps track of close encountering stars,
which allow for civilisations to colonize a passing, habitable planet. On average, a
star's nearest neighbor is at a distance of 36, 47, and 82 pc for simulations with
1000, 600, and 200 stars respectively. By changing the probability distribution that
governs the chance of index increase, the first technologically developed civilisation
was found after 0.27, 3.65, or 4.8 Gyr, depending on the steepness parameter of
the probability distribution. The number of colonized planets over time followed an
exponential increase in the beginning with a fall-off close to the saturation point of
the number of stars. For star counts of 200, 600, and 1000 stars, allowing only one
civilisation to travel while the others remain stationary on their home planets, the
galaxy became dominated by the single spreading civilisation only when considering
1000 stars with a steepness parameter of N = 3. In this case, 89 per cent of the
planets were colonized by the single civilisation. For 200, 600 and 1000 stars and
N = 0, the stationary civilisations dominated, colonizing 99 %, 99.3 % and 99.7 %
of the planets respectively. For N = 3, 85 % of the 200 planets and 66 % of the 600
planets were dominated by the stationary civilisations after 12 Gyr. This implies
that decreasing the mean distance between stars (by including more stars) in addition
to including the steepness parameter, made it possible for a single civilisation
to colonize the galaxy faster than the rate of which stationary civilisations develop.}},
  author       = {{Strickert, Markus}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  series       = {{Lund Observatory Examensarbeten}},
  title        = {{Galactic Dynamics and the spread of Galactic Civilisations}},
  year         = {{2020}},
}