用于映射暗物质将宇宙保持在一起的粘液霉菌模拟

图片[1]-用于映射暗物质将宇宙保持在一起的粘液霉菌模拟-喵喵啪

宇宙网是宇宙的大规模骨干,主要由被称为暗物质的神秘物质组成,并掺杂着气体,星系就是建立在暗物质之上的。暗物质看不见,但它构成了宇宙物质的大部分。1985年在哈佛-史密森天体物理中心进行的红移调查中首次暗示了宇宙存在类似网络的结构。自这些研究以来,这种丝状结构的宏大规模在随后的巡天中有所增长。细丝形成了宇宙中大空洞之间的边界。

但天文学家很难找到这些难以捉摸的链,因为气体是如此微弱,以至于很难检测到。现在,一组研究人员已经转向粘液霉菌,以帮助他们建立当地宇宙中(距离地球5亿光年以内)的细丝图,并找到其中的气体。

他们设计了一种受粘液霉菌行为启发的计算机算法,并根据宇宙中暗物质细丝生长的计算机模拟对其进行了测试。计算机算法类似于一种配方,它精确地告诉计算机采取什么步骤来解决问题。

然后,研究人员将粘液霉菌算法应用于包含斯隆数字巡天绘制的37,000个星系的位置的数据,其距离相当于3亿光年。该算法生成了底层宇宙网络结构的三维地图。

然后,他们分析了来自350个类星体(在数十亿光年的更远距离)的紫外线,这些紫外线被编入哈勃光谱遗产档案馆,该档案馆保存了来自NASA哈勃太空望远镜光谱仪的数据。这些遥远的宇宙手电筒是活跃星系中明亮的黑洞动力核心,其光线穿过太空和前景宇宙网。印在那盏灯上的是未检测到的氢气的明显吸收特征,该团队在灯丝的特定点上对其进行了分析。这些目标位置远离星系,这使得研究小组能够将气体与宇宙的大尺度结构联系起来。

天文学家在试图追踪难以捉摸的宇宙网方面已经变得富有创造力,这是宇宙的大尺度骨干。研究人员转向了粘液霉菌,一种在地球上发现的单细胞生物,以帮助他们建立当地宇宙中(距离地球5亿光年以内)的细丝图,并找到其中的气体。研究人员设计了一种受生物体行为启发的计算机算法,并将其应用于包含斯隆数字巡天绘制的37,000个星系(粘液霉菌的“食物”)位置的数据。该算法生成了底层宇宙网错综复杂的丝状网络的三维地图,即图像中的紫色结构。三组插图框显示了一些被“喂养”到粘液霉菌和连接它们的丝状结构的单个星系。星系由三个插图中的黄点表示。每个星系快照旁边都是星系的图像,上面叠加了宇宙网的连接链(紫色)。

“真正令人着迷的是,最简单的生命形式之一实际上能够洞察宇宙中最大规模的结构,”加州大学圣克鲁兹分校的首席研究员Joseph Burchett说。“通过使用粘液霉菌模拟来找到宇宙网络细丝的位置,包括那些远离星系的细丝,我们可以使用哈勃太空望远镜的档案数据来检测和确定这些看不见的细丝的外围冷气体的密度。几十年来,科学家们已经探测到这种气体的特征,我们已经证明了这种气体包含宇宙网的理论期望。

该调查进一步验证了研究,即星系间气体的密度区域被组织成细丝,该团队发现这些细丝距离星系超过1000万光年。(这个距离是我们银河系直径的100多倍。

研究人员在寻找一种方法来可视化宇宙网结构和先前哈勃光谱研究中检测到的冷气体之间的理论联系时,转向了粘液霉菌模拟。

然后,加州大学圣克鲁兹分校的计算媒体科学家奥斯卡·埃莱克(Oskar Elek)在网上发现了柏林媒体艺术家Sage Jenson的作品。简森的作品包括令人着迷的艺术可视化,展示了粘液霉菌的触手状食物结构网络的生长。简森的艺术基于外部科学研究,该研究详细介绍了一种模拟粘液霉菌生长的算法。

研究小组指出,粘液霉菌如何构建复杂的细丝以捕获新食物,与重力在塑造宇宙时如何在星系和星系团之间构建宇宙网链之间存在惊人的相似之处。

在模拟的基础上,Elek开发了一个粘液霉菌堆积的三维计算机模型,以估计宇宙网丝状结构的位置。

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