在粘液霉菌的细丝中,天文学家看到了宇宙

受一种亮黄色粘液霉菌的生长模式所启发,圣克鲁斯大学的一组天文学家和计算机科学家能够通过算法计算并追踪连接整个星系的宇宙网的细丝模型。


他们的研究结果于3月10日发表在《 天体物理学杂志快报》上,提出了星系之间空间中的弥散气体与宇宙论理论所预测的宇宙网的结构之间存在联系性。


根据普遍的理论,随着宇宙在大爆炸之后进化,物质开始分布在由巨大空隙隔开的相互连接的细丝组成的网状网络中。在物质最集中的细丝的交点和最密集区域形成了充满恒星和行星的发光星系。


尽管天文学家设法瞥见了其中的一部分,但在星系之间延伸的扩散氢气的细丝基本上看不见。这似乎与称为Physarum polycephalum的低粘霉菌没有任何关系,这种霉菌 通常生长在森林地面腐烂的原木和枯枝落叶上,有时在草坪上形成海绵状黄色团块。

但是, 在一项著名的实验中,通过让粘液霉菌通代表东京周围城市的食物源,来计算推测出了日本铁路系统的布局。


粘液模算法


加州大学圣克鲁斯分校的天文学和天体物理学博士后研究员乔·伯切特(Joe Burchett)一直在寻找一种大规模可视化宇宙网的方法,但是当研究员奥斯卡·埃莱克(Oskar Elek)建议基于算法使用Physarum时,他对此表示怀疑。 毕竟,完全不同的物质塑造宇宙纤维网和粘液模具违背常理。

从 Jenson使用的二维 Physarum模型(最初 由Jeff Jones于2010年开发)开始,Elek和他的朋友(程序员Jan Ivanecky)将其扩展到三个维度,并进行了其他修改,以创建一种新算法,称为Monte Carlo Physarum Machine 。


Burchett从Sloan数字天空调查 (SDSS)中为Elek提供了一个37,000个星系的数据集 ,当他们将新算法应用到它时,结果就非常具有说服力了。


Elek指出:“我们开发的模型与其原始模型相距几层抽象。”

当然,模型结果与宇宙网的预期结构的强烈视觉相似性并不能证明任何事情。研究人员在继续完善模型的过程中进行了各种测试以验证模型。


暗物质


到目前为止,宇宙网的最佳表示形式是通过计算机对宇宙结构演化的模拟得出的,它显示了大范围暗物质的分布,包括形成星系的巨大暗物质晕和连接它们的细丝 。暗物质是看不见的,但它构成了宇宙中约85%的物质,而引力会使普通物质遵循暗物质的分布。


“从45万个暗物质光晕开始,我们可以在宇宙学模拟中获得与密度场几乎完美的契合”埃莱克说。


现在,研究小组有了连接37,000个SDSS星系的宇宙网的预测结构,他们可以将其用于天文观测。为此,他们使用了哈勃太空望远镜的宇宙起源光谱仪中的数据。星系间气体在穿过它的光谱中留下独特的吸收特征,数百个遥远类星体的视线穿透了SDSS星系所占据的空间。

伯切特说:“现在,我们第一次可以量化从宇宙网丝到星系团内部的星系间介质的密度。”

“这些结果不仅证实了由宇宙学模型预测的宇宙网的结构,而且还为我们提供了一种方法,通过将其与形成星系的储气层联系起来,可以增进我们对星系演化的理解。”




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