Medžiaga Visatoje nėra paskirstyta vienodai. Jame vyrauja superklasteriai ir materijos gijos, jungiančios juos kartu, apsuptos milžiniškų tuštumų. Galaktikos superklasteriai yra hierarchijos viršuje. Jų viduje yra visa kita: galaktikų grupės ir klasteriai, atskiros galaktikos ir saulės sistemos. Ši hierarchinė struktūra vadinama „kosminiu žiniatinkliu“.
Bet kaip ir kodėl Visata įgavo tokią formą?
Kalifornijos Santa Kruzo universiteto astronomų ir kompiuterių mokslininkų komanda pasirinko įdomų požiūrį į tai. Jie sukūrė kompiuterinį modelį, pagrįstą gleivių formų augimo modeliais. Tai nėra pirmas kartas, kai gleivių pelėsiai padėjo paaiškinti kitus gamtos modelius.
Komanda paskelbė tyrimą, kuriame aprašomi jų rezultatai pavadinimu „Kosminių žiniatinklių tamsiųjų gijų atskleidimas“. Pagrindinis autorius yra Josephas Burchettas, UC Santa Kruso astronomijos ir astrofizikos tyrinėtojas. Tyrimas buvo paskelbtas žurnale „Astrophysical Journal Letters“.
Šiuolaikinė kosmologinė teorija prognozuoja, kad materija įgis šių superklasterių ir gijų, ir didžiulių tuštumų, kurios juos atskiria, formą. Tačiau iki devintojo dešimtmečio mokslininkai manė, kad galaktikų klasteriai yra didžiausia struktūra, ir jie taip pat manė, kad tie klasteriai yra tolygiai pasiskirstę visoje Visatoje.
Tuomet buvo atrasti superklasteriai. Tada kvazarų grupės. Tai leido atrasti vis daugiau struktūrų ir tuštumų. Tuomet pasirodė „Sloan“ skaitmeninio dangaus tyrimas ir didžiulis 3D Visatos žemėlapis bei kitos pastangos, pavyzdžiui, Tūkstantmečio modeliavimas.
Medžiagos gijas, jungiančias visus šiuos galaktikų superklasterius ir grupes, sunku pastebėti. Dažniausiai tai tiesiog difuzinis vandenilis. Bet astronomai sugebėjo pastebėti tai.
Įveskite gleives. Gleivių pelėsiai yra vienaląsčiai organizmai, puikiai gyvenantys kaip vienaląsčiai, bet taip pat autonomiškai sudarantys daugybinių ląstelių struktūras. Kai maisto gausu, jie veikia vieni, bet kai maisto trūksta, jie susilieja. Kolektyvinėje būsenoje jie geriau aptinka chemines medžiagas, randa maistą ir netgi gali sudaryti stiebus, gaminančius sporas.
Pelkių pelėsiai yra puikūs padarai, o mokslininkai buvo sugluminti ir suintriguoti būtybės sugebėjimo „sukurti optimalius paskirstymo tinklus ir išspręsti skaičiavimo būdu sudėtingas erdvinės organizacijos problemas“, - rašoma pranešime spaudai. 2018 m. Japonų mokslininkai pranešė, kad šlako pelėsiai galėjo atkartoti Tokijo bėgių sistemos išdėstymą.
Oskaras Elekas yra antrosios pakopos kompiuterinės žiniasklaidos tyrėjas Santa Cruz mieste „U of C“. Jis pasiūlė paskatinti autorių Josephą Burchettą, kad gleivių formos gali padėti imituoti kosminį materijos pasiskirstymą ir suteikti galimybę tai vizualizuoti.
Iš pradžių Burchett buvo skeptiškas.
„Tai buvo savotiškas„ Eureka “momentas ir aš įsitikinau, kad purvo formos modelis yra kelias į priekį.“
Josephas Burchettas, pagrindinis autorius. U iš C, Santa Krusas.
Pasitelkdamas 2-D meno pasaulio įkvėpimą, Elekas ir kitas programuotojas sukūrė 3-D algoto pelėsio elgesio algoritmą, kurį jie vadina „Monte Carlo Physarum Machine“. Physarum yra pavyzdinis organizmas, naudojamas atliekant įvairius tyrimus.
Burchettas nusprendė pateikti „Elek“ duomenis iš „Sloan“ skaitmeninio dangaus tyrimo, kuriame buvo 37 000 galaktikų ir jų pasiskirstymo erdvėje. Kai jie sukūrė pelėsių pelėsių algoritmą, rezultatas buvo „gana įtikinamas kosminio tinklo vaizdas“.
„Tai buvo savotiškas„ Eureka “momentas ir aš įsitikinau, kad purvo pelėsių modelis mums buvo kelias į priekį“, - sakė Burchett. „Tai šiek tiek atsitiktinumas, kad jis veikia, bet ne visiškai. Nešvarus pelėsis sukuria optimizuotą transporto tinklą, surandantį efektyviausius būdus maisto šaltiniams sujungti. Kosminiame tinkle augant struktūrai susidaro tinklai, kurie tam tikra prasme taip pat yra optimalūs. Pagrindiniai procesai yra skirtingi, tačiau jie sukuria analogiškas matematines struktūras. “
Nors purvo pelėsiai ir yra įtikinami, jie buvo tik vizualus didelės apimties struktūros vaizdas. Komanda nesustojo. Jie patobulino algoritmą ir atliko papildomus testus, kad bandytų patvirtinti savo modelį.
Čia „Dark Matter“ įeina į istoriją. Vienu būdu, didelio masto Visatos struktūra yra didelio masto tamsiosios medžiagos pasiskirstymas. Galaktikos susidaro masyviuose tamsiosios medžiagos haluose su ilgomis gijinėmis struktūromis, jungiančiomis jas. Tamsioji materija sudaro apie 85% visatos materijos, o visos tos tamsiosios medžiagos gravitacinė trauka formuoja „įprastos“ materijos pasiskirstymą.
Tyrinėtojų komanda gavo tamsiųjų medžiagų halos katalogą iš kito mokslinio modeliavimo. Tada jie paleido savo algomai pelėsiais pagrįstą algoritmą su tais duomenimis, norėdami išsiaiškinti, ar jis galėtų atkartoti gijų tinklą, jungiantį visus tuos halus. Rezultatas buvo labai griežta koreliacija su originaliu modeliavimu.
„Pradėję nuo 450 000 tamsiosios medžiagos halų, galime pasiekti, kad kosmologinis modeliavimas atitiktų tankio laukus“, - pranešime spaudai teigė Elekas.
Pelkių pelėsių algoritmas atkartojo gijų tinklą, o tyrėjai panaudojo tuos rezultatus norėdami dar labiau patikslinti savo algoritmą.
Tuo metu komanda turėjo prognozę stambios struktūros struktūrą ir viską jungiantį kosminį tinklą. Kitas žingsnis buvo palyginti jį su skirtingais stebėjimo duomenų rinkiniais. Už tai jie nuvyko į garbingą Hablo kosminį teleskopą. To teleskopo „Cosmic Origins Spectrograph“ (COS) tiria plataus masto Visatos struktūrą per tarpgalaktinių dujų spektroskopiją. Šios dujos neišskiria jokios savo šviesos, todėl svarbiausia yra spektroskopija. Užuot sutelkęs dėmesį į pačias dujas, COS tiria tolimųjų kvazarų šviesą, kai jie praeina pro dujas, ir kaip tarpgalaktinės dujos veikia tą šviesą.
„Mes žinojome, kur kosminio tinklo siūlai turi būti dėl gleivių pelėsio, todėl galėjome pereiti prie archyvuotų Hablo spektrų kvazarų, kurie zonduoja tą vietą, ir ieškoti dujų parašų“, - aiškino Burchett. "Visur, kur mes matėme kaitinimo siūlelį savo modelyje, Hablo spektrai rodė dujų signalą, o signalas sustiprėjo link gijų vidurio, kur dujos turėtų būti tankesnės."
Tam reikia dar vienos Eurekos.
„Pirmą kartą galime įvertinti intergalaktinės terpės tankį nuo kosminių žiniatinklio pluoštų atokių pakraščių iki karštų, tankių galaktikų klasterių interjerų“, - sakė Burchett. "Šie rezultatai ne tik patvirtina kosmologinių modelių numatytą kosminio tinklo struktūrą, bet ir suteikia mums galimybę pagerinti mūsų supratimą apie galaktikų evoliuciją, sujungiant ją su dujų rezervuarais, iš kurių susidaro galaktikos."
Šis tyrimas parodo, ką galima padaryti, kai skirtingi tyrėjai išeina iš savo siloso ir bendradarbiauja per skirtingas disciplinas. Kosmologija, astronomija, kompiuterių programavimas, biologija ir net menas - visa tai prisidėjo prie šios įdomiausios baigties.
„Manau, kad, integruojant menus į mokslinius tyrimus, gali būti realių galimybių“, - teigė bendraautorius Angus Forbes iš UCSC kūrybinio kodavimo laboratorijos. „Kūrybiškas požiūris į duomenų modeliavimą ir vizualizavimą gali sukelti naujas perspektyvas, kurios mums padeda suvokti sudėtingas sistemas“.
Daugiau:
- Pranešimas spaudai: Astronomai naudoja šlakų pelėsių modelį tam, kad atskleistų tamsius kosminio tinklo siūlus
- Tyrimo dokumentas: Tamsiosios kosminio tinklo gijos atskleidimas
- Žurnalas „Kosmosas“: Naujas 3-D žemėlapis rodo didelių matmenų struktūras Visatoje prieš 9 milijardus metų
