Слизь помогает астрономам составить карту темной материи Вселенной

Поведение простого организма в поисках пищи помогает астрономам отслеживать огромную космическую сеть Вселенной, темную материю и все остальное.

Этот снимок подробного компьютерного моделирования (не связанного с этим исследованием) показывает сложную структуру космической сети. 
Длинные нити темной материи (синего цвета) соединяют узлы галактик и скоплений галактик (розового цвета), а газ (оранжевый цвет) пронизывает их повсюду. 
Моделируя и наблюдая космическую сеть, исследователи получают представление о структуре и эволюции ранней вселенной.

Безмозглый одноклеточный организм, умеющий находить пищу, помогает астрономам изучать самую большую и загадочную структуру во вселенной — космическую сеть. Но сначала все может стать немного слизистым. 

Космическая сеть представляет собой обширную сеть взаимосвязанных нитей, созданных из темной материи и газа, которые образуют леса, на которых строится вся вселенная. Эти нити могут растягиваться на сотни миллионов световых лет, и они соединяют галактики, скопления галактик и даже сверхскопления галактик вместе. Тем не менее, поскольку космическая сеть невероятно слаба — а темная материя внутри нее не взаимодействует со светом — ее чрезвычайно сложно отобразить.  

Чтобы решить эту проблему, исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Крус проанализировали архивные данные для более чем 37 000 галактик, прежде чем наметить свое положение в небе. Затем они использовали сложный алгоритм, чтобы отобразить невидимые нити газа и темной материи между этими галактиками, чтобы определить, как они взаимодействуют друг с другом, а также как космическая сеть влияет на формирование звезд в этих галактиках. 

Но это был не обычный алгоритм. Вместо этого исследователи использовали модель, вдохновленную слизистой плесенью — в частности, вид Physarum polycephalum.

Этот алгоритм имитирует поведение плесени в поисках пищи, которая рассылает усики разведывательной плесени для поиска ближайшей еды. Если определенная нить плесени натыкается на еду, она процветает, создавая прочную связь между едой и остальной частью колонии.

Таким образом, заменив отдельные «галактики» на «пищу» алгоритма на основе формы, исследователи смогли создать трехмерную карту, которая показывает, как нити, соединяющие галактики космической сети, переплетаются.

Между прочим, газ между галактиками также действует как своего рода «космическая пища», которая питает звездообразование. И как только вы узнаете, как нити космической сети связаны с галактикой, вы можете рискнуть предположить, с какой скоростью галактика формирует или не формирует звезды. Такой прогноз основан на том, связана ли галактика с космической сетью, а также на том, насколько тесно она связана с другими галактиками. Если это связано слишком сильно, это рискует высушить возможности для формирования звезды; слишком свободно, и он не может получить достаточно топлива. 

Исследователи посеяли алгоритм, вдохновленный поиском пищи слизистой плесенью с позициями приблизительно 37 000 галактик, где галактики служили «пищей». 
Это помогло им смоделировать и создать трехмерную карту космической сети, соединяющей эти галактики. 
Выше галактики (или еда) показаны желтым цветом, а космическая сеть — фиолетовым.  
NASA / ESA / J. 
Бурчетт и О. Элек (UC Santa Cruz)

Из слизи в космос

Идея использовать алгоритм, основанный на слизи, для картирования космической сети пришла от соавтора Оскара Элека, пост-документа по вычислительной технике Калифорнийского университета в Санта-Крузе. Ранее он видел работу алгоритмов слизистой плесени, поэтому он призвал Джо Бурчетта — астронома из Калифорнийского университета в Санта-Крус и ведущего автора новой статьи — применить его к своей работе в космической сети, структура которой остается неясной.

«На самом деле он прислал мне скриншоты данных, снабженных этим окончательным алгоритмом», — говорит Бурчетт. «То, что я увидел, было следом реконструкции космической сети, которая очень, очень, очень сильно понравилась моему интуитивному представлению о том, как должна выглядеть космическая сеть [по сравнению с предыдущими моделями]».

Это не первый раз, когда ученые используют слизистые формы для картирования различных структур. Пресс-формы для слизи — это опытные строители нитей, которые строят сложные подземные сети, которые помогают им искать еду и ресурсы. Эти одноклеточные организмы работают как одна большая колония диаметром до 1 фута (0,3 метра). И как ни странно, их нитевидные структуры демонстрируют склонность к тому, что можно было бы назвать решением проблем.

Формы слизи отлично подходят для решения задач «кратчайшего пути», таких как поиск лучшего способа переплетения в лабиринте для поиска пищи, спрятанной внутри. Раньше это называлось «вычислением слизистой плесени» и даже сравнивалось с рудиментарным интеллектом — хотя это, очевидно, имеет свои собственные острые вопросы. 

«Для плесени слизи мир представляет собой комбинацию двух полей: градиенты аттрактантов [вещи, которые он хочет] и градиенты репеллентов [вещи, которых он избегает]», — писал Эндрю Адамацки, профессор нетрадиционных вычислений в Университете Западной Англии. электронное письмо. «Форма слизи просто следует градиентам. Вот как он вычисляет, например, кратчайший путь ».

Отслеживая, как алгоритм слизистой формы связывает отдельные галактики, исследователи знали, где искать космические нити в архивных наблюдениях. «Везде, где мы видели нить накала в нашей модели, — сказал Бурчетт в своем заявлении , — спектры Хаббла показали сигнал газа, а сигнал усилился к середине нити, где газ должен быть плотнее». Это означает, что исследователи не только использовали алгоритм, чтобы точно определить, где должны быть потоки космической сети, но и фактически нашли их.

«Впервые мы можем количественно определить плотность межгалактической среды от удаленных окраин волокон космической паутины до горячих, плотных внутренних областей скоплений галактик», — сказал Бурчетт. «Эти результаты не только подтверждают структуру космической сети, предсказанную космологическими моделями, но и дают нам возможность улучшить наше понимание эволюции галактики, связав ее с газовыми резервуарами, из которых образуются галактики».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *