在粘液黴菌的細絲中,天文學家看到了宇宙

受一種亮黃色粘液黴菌的生長模式所啟發,聖克魯斯大學的一組天文學家和計算機科學家能夠通過算法計算並追蹤連接整個星系的宇宙網的細絲模型。


他們的研究結果於3月10日發表在《 天體物理學雜誌快報》上,提出了星系之間空間中的彌散氣體與宇宙論理論所預測的宇宙網的結構之間存在聯繫性。


根據普遍的理論,隨著宇宙在大爆炸之後進化,物質開始分佈在由巨大空隙隔開的相互連接的細絲組成的網狀網絡中。在物質最集中的細絲的交點和最密集區域形成了充滿恆星和行星的發光星系。


儘管天文學家設法瞥見了其中的一部分,但在星系之間延伸的擴散氫氣的細絲基本上看不見。這似乎與稱為Physarum polycephalum的低粘黴菌沒有任何關係,這種黴菌 通常生長在森林地面腐爛的原木和枯枝落葉上,有時在草坪上形成海綿狀黃色團塊。

但是, 在一項著名的實驗中,通過讓粘液黴菌通代表東京周圍城市的食物源,來計算推測出了日本鐵路系統的佈局。


粘液模算法


加州大學聖克魯斯分校的天文學和天體物理學博士後研究員喬·伯切特(Joe Burchett)一直在尋找一種大規模可視化宇宙網的方法,但是當研究員奧斯卡·埃萊克(Oskar Elek)建議基於算法使用Physarum時,他對此表示懷疑。 畢竟,完全不同的物質塑造宇宙纖維網和粘液模具違背常理。

從 Jenson使用的二維 Physarum模型(最初 由Jeff Jones於2010年開發)開始,Elek和他的朋友(程序員Jan Ivanecky)將其擴展到三個維度,並進行了其他修改,以創建一種新算法,稱為Monte Carlo Physarum Machine 。


Burchett從Sloan數字天空調查 (SDSS)中為Elek提供了一個37,000個星系的數據集 ,當他們將新算法應用到它時,結果就非常具有說服力了。


Elek指出:“我們開發的模型與其原始模型相距幾層抽象。”

當然,模型結果與宇宙網的預期結構的強烈視覺相似性並不能證明任何事情。研究人員在繼續完善模型的過程中進行了各種測試以驗證模型。


暗物質


到目前為止,宇宙網的最佳表示形式是通過計算機對宇宙結構演化的模擬得出的,它顯示了大範圍暗物質的分佈,包括形成星系的巨大暗物質暈和連接它們的細絲 。暗物質是看不見的,但它構成了宇宙中約85%的物質,而引力會使普通物質遵循暗物質的分佈。


“從45萬個暗物質光暈開始,我們可以在宇宙學模擬中獲得與密度場幾乎完美的契合”埃萊克說。


現在,研究小組有了連接37,000個SDSS星系的宇宙網的預測結構,他們可以將其用於天文觀測。為此,他們使用了哈勃太空望遠鏡的宇宙起源光譜儀中的數據。星系間氣體在穿過它的光譜中留下獨特的吸收特徵,數百個遙遠類星體的視線穿透了SDSS星系所佔據的空間。

伯切特說:“現在,我們第一次可以量化從宇宙網絲到星系團內部的星系間介質的密度。”

“這些結果不僅證實了由宇宙學模型預測的宇宙網的結構,而且還為我們提供了一種方法,通過將其與形成星系的儲氣層聯繫起來,可以增進我們對星系演化的理解。”




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