Поведение очень простого организма, похожего на плесень, помогает астрономам отслеживать обширную космическую сеть Вселенной, включая распределение темной материи.
Космическая паутина похожа на огромную систему взаимосвязанных нитей, состоящих из темной материи и газа. Она создает своего рода строительные леса, на которых стоит вся вселенная. Волокна могут охватывать сотни миллионов световых лет и соединять галактики, скопления галактик и даже их сверхскопления. Однако ее наблюдаемая яркость мала с точки зрения наблюдения, а темная материя, из которой она состоит, обычно не светится. Это затрудняет составление точной карты такой сети - даже если это самая большая из известных нам структур.
Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Крузе взялись за решение этой задачи. Они давно проанализировали архивные данные для более чем 37 000 галактик, чтобы наконец определить их правильное положение на небе. Затем они использовали сложный алгоритм, чтобы нанести на карту невидимые волокна газа и темной материи между этими галактиками. Это должно было помочь определить, как они взаимодействуют друг с другом и как космическая паутина влияет на звездообразование в галактиках.
Однако это был не просто алгоритм в любом смысле этого слова. Была использована модель, вдохновленная слизистой плесенью, а именно эукариотом Physarum polycephalum. Алгоритм имитирует поведение этой формы жизни (несколько похожей по структуре на плесень, но это не плесень) в поисках пищи. Этот организм сначала посылает так называемые разведывательные усы, чтобы успешно охотиться за близлежащей пищей. Но когда конкретная нить попадает в пищу, она продолжает там расти, создавая прочную связь между пищей и остальной частью колонии.
Но при чем здесь космология? Оказалось, что ученые, заменив отдельные галактики «едой» в алгоритме, основанном на действии слизистой плесени, смогли создать трехмерную карту, которая показывает, как волокна космической паутины, соединяющие галактики, переплетаются.
Сам газ, присутствующий между галактиками, также действует как тип космической пищи, которая стимулирует звездообразование. Итак, если мы узнаем, как волокна космической паутины связаны с данной галактикой, мы сможем хотя бы попытаться угадать, с какой скоростью эта галактика образует звезды, учитывая возможность того, что она их вообще не формирует. Такой прогноз основан на том, связана ли галактика с космической сетью и насколько тесно она связана с другими галактиками. Если она слишком тесно связана с ними, то рискует остаться без хороших условий для звездообразования, но когда связь слишком слабая, галактика просто не может получить достаточно топлива для звездообразования.
Идея создания алгоритма, основанного на поведении простого организма, была инициирована Оскаром Элеком, IT-ученым Калифорнийского университета в Санта-Круз. Он уже видел подобные алгоритмы и их работу раньше, поэтому он убедил астронома из того же университета Джо Берчетта (первого автора публикации ) использовать этот алгоритм в своих исследованиях космической паутины как огромной сущности с неуловимой структурой.
То, что астроном увидел после анализа предложенной модели, казалось, было следом реконструкции космической сети, которая понравилась ему гораздо больше, чем другие модели, ранее использовавшиеся в ее исследованиях. Надо признать, что это не первый раз, когда ученые использовали слизевики для картирования структур этого и других типов. Эти организмы являются настоящими экспертами в создании волокон, и они образуют сложные подземные сети, которые помогают им находить пищу и другие ресурсы. Эти одноклеточные клетки действуют как одна большая колония, диаметр которой может достигать 0,3 метра. Их волокнистая структура демонстрирует естественную тенденцию к тому, что можно охарактеризовать как навыки решения проблем. Эти формы жизни отлично справляются с проблемами кратчайшего пути, например, найти лучший способ пройти через лабиринт, чтобы найти спрятанную в нем еду. Раньше это называлось «переработкой плесневого шлама», и его даже сравнивали с остаточным интеллектом.
Для слизистой плесени мир представляет собой комбинацию двух областей: градиентов аттрактанта (то, что она хочет) и градиентов отталкивания (вещей, которых следует избегать) , - объясняет Эндрю Адамацки, профессор Университета Западной Англии. - Она просто следует градиентам, «вычисляя», таким образом, например, кратчайший путь.
Отслеживая, как этот алгоритм соединяет далекие галактики вместе, ученые узнают, где искать космические волокна в архивных наблюдениях. Где бы они ни видели волокно в этой модели, спектры «Хаббла» показывали сигнал, указывающий на присутствие газа, и этот сигнал становился сильнее по направлению к центрам волокна, где газ должен быть наиболее плотным. Это настоящий успех - команда не только использует алгоритм, чтобы выяснить, где теоретически должны быть расположены нити космической паутины, но и может фактически точно определять их в данных наблюдений.
Впервые мы можем количественно оценить плотность межгалактической среды, от далеких краев волокон космической паутины до горячих и плотных недр скоплений галактик, - заключает Берчетт.
Эти результаты не только подтверждают структуру космической паутины, предсказанную нашими космологическими моделями, но также дают нам надежду на лучшее понимание эволюции галактик, - добавил учёный.
Источник: Astronomy.com / The Astrophysical Journal Letters