ราเมือกเติบโตเช่นเดียวกับโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล

สสารในจักรวาลนั้นไม่ได้กระจายเท่า ๆ กัน มันถูกครอบงำโดยกลุ่มซุปเปอร์และเส้นใยของสสารที่รวมตัวกันล้อมรอบด้วยช่องว่างขนาดใหญ่ Galaxy กลุ่มซุปเปอร์อยู่ที่ด้านบนของลำดับชั้น ภายในนั้นมีทุกอย่างอื่น: กลุ่มกาแลคซีและกระจุกกาแลคซีเดี่ยวและระบบสุริยะ โครงสร้างแบบลำดับชั้นนี้เรียกว่า "เว็บคอสมิค"

แต่ทำไมจักรวาลถึงมีรูปแบบนี้?

ทีมนักดาราศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาครูซใช้วิธีการที่น่าสนใจในการหามัน พวกเขาสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ขึ้นอยู่กับรูปแบบการเติบโตของแบบหล่อเมือก นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่แม่พิมพ์น้ำเมือกช่วยอธิบายรูปแบบอื่น ๆ ในธรรมชาติ

ทีมได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาที่สรุปผลของพวกเขาในหัวข้อ“ เปิดเผยความมืดของเว็บคอสมิค” ผู้เขียนหลักคือ Joseph Burchett นักวิจัยหลังปริญญาเอกด้านดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ UC Santa Cruz การศึกษาถูกตีพิมพ์ในวารสาร Astrophysical Journal Letters

ทฤษฎีจักรวาลวิทยาสมัยใหม่ทำนายว่าสสารจะเป็นรูปร่างของกลุ่มซุปเปอร์และเส้นใยเหล่านี้และช่องว่างขนาดใหญ่ที่แยกพวกมันออก แต่จนถึงทศวรรษ 1980 นักวิทยาศาสตร์คิดว่ากระจุกกาแลคซีเป็นโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดและพวกเขาก็คิดว่ากระจุกกาแลคซีเหล่านั้นถูกกระจายอย่างเท่าเทียมกันทั่วทั้งจักรวาล

จากนั้นค้นพบซุปเปอร์คลัสเตอร์ กลุ่มควาซาร์แล้ว เกี่ยวกับมันไปด้วยการค้นพบมากขึ้นและมากขึ้นของโครงสร้างและช่องว่าง จากนั้นการสำรวจท้องฟ้าของ Sloan Digital และแผนที่ 3 มิติขนาดใหญ่ของจักรวาลและความพยายามอื่น ๆ เช่นการจำลองสหัสวรรษ

เส้นใยของสสารที่เชื่อมต่อกระจุกดาวและกลุ่มกาแลคซีเหล่านี้ยากที่จะมองเห็น ส่วนใหญ่เป็นเพียงการกระจายไฮโดรเจน แต่นักดาราศาสตร์ก็สามารถที่จะมองเห็นมันได้

ใส่ราเมือก ราเมือกเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่มีชีวิตที่ดีอย่างสมบูรณ์แบบเป็นเซลล์เดียว แต่ยังสร้างโครงสร้างเซลล์หลายเซลล์แบบรวมตัวด้วยตนเอง เมื่ออาหารมีมากพวกเขาทำคนเดียว แต่เมื่ออาหารขาดแคลนพวกเขาก็รวมตัวกัน ในสถานะกลุ่มพวกเขาจะตรวจจับสารเคมีได้ดีขึ้นค้นหาอาหารและสามารถสร้างก้านที่สร้างสปอร์ได้

สแลมโมลด์เป็นสิ่งมีชีวิตที่น่าทึ่งและนักวิทยาศาสตร์รู้สึกงงงวยและทึ่งกับความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการ“ สร้างเครือข่ายการกระจายที่ดีที่สุดและแก้ปัญหาเชิงพื้นที่ที่ยากลำบากเชิงคำนวณ” ในปี 2561 นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นรายงานว่าแม่พิมพ์น้ำเมือกสามารถจำลองรูปแบบของระบบรางของโตเกียวได้

Oskar Elek เป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกในสื่อการคำนวณที่ U of C, Santa Cruz เขาแนะนำให้นำผู้เขียน Joseph Burchett ว่าแม่พิมพ์น้ำเมือกอาจเลียนแบบการกระจายตัวของสสารในจักรวาลและแสดงวิธีการมองเห็น

Burchett ไม่เชื่อในขั้นต้น

“ นั่นเป็นช่วงเวลาหนึ่งของยูเรก้าและฉันก็มั่นใจว่าแบบจำลองน้ำเมือกเป็นหนทางสำหรับเรา”

Joseph Burchett หัวหน้าผู้เขียน U of C, Santa Cruz

จากแรงบันดาลใจ 2 มิติจากโลกแห่งศิลปะ Elek และโปรแกรมเมอร์อีกคนได้สร้างอัลกอริธึม 3 มิติของพฤติกรรมการไหลของน้ำเมือกที่พวกเขาเรียกว่า Monte Carlo Physarum Machine Physarum เป็นสิ่งมีชีวิตที่ใช้ในการวิจัยทุกประเภท

Burchett ตัดสินใจให้ข้อมูล Elek จาก Sloan Digital Sky Survey ที่มีกาแลคซี 37,000 แห่งและการกระจายในอวกาศ เมื่อพวกเขาใช้อัลกอริธึมแบบราเมือกผลลัพธ์ก็คือ“ การเป็นตัวแทนที่น่าเชื่อถือของเว็บจักรวาล”

“ นั่นเป็นช่วงเวลาหนึ่งในยูเรก้าและฉันก็เชื่อมั่นว่าแบบจำลองน้ำเมือกเป็นหนทางที่ดีสำหรับเรา” Burchett กล่าว “ มันค่อนข้างบังเอิญว่ามันใช้งานได้ แต่ไม่ใช่ทั้งหมด แม่พิมพ์น้ำเมือกสร้างเครือข่ายการขนส่งที่ดีที่สุดค้นหาเส้นทางที่มีประสิทธิภาพที่สุดเพื่อเชื่อมต่อแหล่งอาหาร ในเว็บจักรวาลการเติบโตของโครงสร้างสร้างเครือข่ายที่เหมาะสมที่สุดเช่นกัน กระบวนการพื้นฐานนั้นแตกต่างกัน แต่พวกมันสร้างโครงสร้างทางคณิตศาสตร์ที่คล้ายคลึงกัน”

แม้ว่ามันจะน่าสนใจแม่พิมพ์น้ำเมือกก็เป็นเพียงภาพแทนของโครงสร้างขนาดใหญ่ ทีมไม่ได้หยุดอยู่แค่นั้น พวกเขาปรับปรุงอัลกอริทึมและทำการทดสอบเพิ่มเติมเพื่อพยายามตรวจสอบโมเดลของพวกเขา

นี่คือสิ่งที่ Dark Matter เข้าสู่เรื่องราว ในทางเดียวโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลคือการกระจายขนาดใหญ่ของสสารมืด กาแลคซีก่อตัวขึ้นในรัศมีมหึมาของ Dark Matter ด้วยโครงสร้างที่มีความยาวเชื่อมโยงพวกมัน Dark Matter ประกอบไปด้วยสสารประมาณ 85% ในจักรวาลและแรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วงของทุกสิ่งที่ Dark Matter สร้างขึ้นเป็นการกระจายของสสาร "ปกติ"

ทีมนักวิจัยได้จัดทำแคตตาล็อกของสสารมืดรัศมีจากการจำลองทางวิทยาศาสตร์อื่น จากนั้นพวกเขาก็วิ่งอัลกอริธึมที่ยึดตามน้ำเมือกด้วยข้อมูลนั้นเพื่อดูว่ามันสามารถทำซ้ำเครือข่ายของเส้นใยที่เชื่อมต่อรัศมีเหล่านั้นทั้งหมดได้หรือไม่ ผลลัพธ์ที่ได้คือความสัมพันธ์ที่แน่นแฟ้นมากกับการจำลองแบบดั้งเดิม

“ เริ่มต้นด้วยสสารมืด 450,000 รัศมีเราสามารถปรับให้เข้ากับสนามหนาแน่นในการจำลองจักรวาล” อีเลคกล่าวในการแถลงข่าว

อัลกอริธึมราเมือกจำลองแบบเครือข่ายพื้นฐานและนักวิจัยใช้ผลลัพธ์เหล่านั้นเพื่อปรับแต่งอัลกอริทึมของพวกเขาให้ละเอียดยิ่งขึ้น

ณ จุดนั้นทีมมีการทำนายโครงสร้างของโครงสร้างขนาดใหญ่และเว็บคอสมิคที่เชื่อมต่อทุกอย่าง ขั้นตอนต่อไปคือการเปรียบเทียบกับชุดข้อมูลการสังเกตที่แตกต่างกัน สำหรับสิ่งนี้พวกเขาไปที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล Cosmic Origins Spectrograph (COS) ของกล้องโทรทรรศน์นั้นศึกษาโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลผ่านสเปคโทรสโคปของก๊าซอวกาศ ก๊าซนั้นไม่ปล่อยแสงใด ๆ ออกมาเองดังนั้นสเปกโทรสโกปีจึงเป็นกุญแจสำคัญ แทนที่จะให้ความสำคัญกับก๊าซเอง COS ทำการศึกษาแสงจากควาซาร์ระยะไกลในขณะที่ผ่านก๊าซและวิธีที่ก๊าซอวกาศส่งผลกระทบต่อแสงนั้น

“ เรารู้ว่าเส้นใยของใยแก้วนำแสงควรจะต้องขอบคุณแม่พิมพ์น้ำเมือกดังนั้นเราสามารถไปที่สเปกตรัมฮับเบิลที่เก็บถาวรสำหรับควาซาร์ที่ตรวจสอบพื้นที่นั้นและมองหาลายเซ็นของก๊าซ” Burchett อธิบาย “ ทุกที่ที่เราเห็นไส้หลอดในแบบจำลองของเราฮับเบิลสเป็คตร้าแสดงสัญญาณก๊าซและสัญญาณก็แข็งแกร่งขึ้นไปตรงกลางเส้นใยซึ่งก๊าซควรจะหนาแน่นกว่า”

เรียกร้องให้ยูเรก้าอีกคน

“ เป็นครั้งแรกในตอนนี้เราสามารถหาปริมาณความหนาแน่นของตัวกลางระหว่างกาแลคซีจากนอกเมืองระยะไกลของเส้นใยใยแก้วนำแสงไปสู่การตกแต่งภายในที่ร้อนแรงและหนาแน่นของกาแลคซีกลุ่ม "Burchett กล่าว “ ผลลัพธ์เหล่านี้ไม่เพียง แต่ยืนยันโครงสร้างของเว็บจักรวาลที่ทำนายโดยแบบจำลองทางดาราศาสตร์เท่านั้น แต่พวกเขายังให้เราปรับปรุงความเข้าใจเกี่ยวกับวิวัฒนาการกาแลคซีของเราด้วยการเชื่อมต่อกับแหล่งเก็บก๊าซที่กาแลคซีก่อตัวขึ้น”

การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นสิ่งที่สามารถทำได้เมื่อนักวิจัยต่างออกมาจากไซโลและร่วมมือผ่านสาขาวิชาที่แตกต่างกัน จักรวาลวิทยาดาราศาสตร์การเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ชีววิทยาและแม้แต่ศิลปะล้วนมีส่วนทำให้เกิดผลลัพธ์ที่น่าสนใจที่สุดนี้

“ ฉันคิดว่าอาจมีโอกาสที่แท้จริงเมื่อคุณผสมผสานศิลปะเข้ากับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์” Angus Forbes ผู้เขียนร่วมจากห้องปฏิบัติการสร้างสรรค์รหัส UCSC กล่าว “ แนวทางที่สร้างสรรค์ในการสร้างแบบจำลองและการแสดงข้อมูลสามารถนำไปสู่มุมมองใหม่ที่ช่วยให้เราเข้าใจระบบที่ซับซ้อน”

มากกว่า:

• ข่าวประชาสัมพันธ์: นักดาราศาสตร์ใช้แบบจำลองโมลด์เพื่อเปิดเผยหัวข้อที่มืดของเว็บคอสมิค
• รายงานการวิจัย: การเปิดเผยความมืดของเว็บคอสมิค
• นิตยสาร Space: แผนที่ 3 มิติใหม่แสดงโครงสร้างขนาดใหญ่ในจักรวาล 9 พันล้านปีก่อน