Астрономы используют модели слизевиках, чтобы раскрыть темные нити космической паутины

Вычислительный подход, основанный на закономерности роста ярко-желтый слизевик позволило команде астрономов и ученых-компьютерщиков Калифорнийского университета в Санта-Крус, чтобы проследить нити космической паутины, которая соединяет галактики по всей Вселенной.

Их результаты, опубликованные 10 марта в год, обеспечить первое неоспоримое ассоциации между диффузного газа в пространстве между галактик и крупномасштабная структура как она выглядит и предсказывал космологической теории.

Согласно общепринятой теории, как развивалась Вселенная после Большого взрыва, материя стала распространяться в интернете-как сети взаимосвязанных нитей, разделенных огромными пустотами. Ярких галактик, звезд и планет образуются на пересечениях и плотных областях нитей, где материя является наиболее концентрированным. Нити диффузионного водорода расширяющегося газа между галактиками почти незаметны, хотя астрономам удалось увидеть их.

Ни один из которых, кажется, ничего общего с низменной слизевик Physarum polycephalum называют, как правило, растут на гниющих бревнах и опавшие листья на лесной почве, а иногда и формирование губчатой желтой массы на газонах. Но Physarum уже давно удивляет ученых благодаря своей способности создать оптимальную распределительных сетей и решения вычислительно сложных проблем пространственной организации. В одном известном эксперименте, слизевик воспроизвели макет железнодорожной системы Японии путем подключения источников питания, организованы, чтобы представлять городов вокруг Токио.

Джо Burchett, докторской исследователь в области астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Крус, были ищете способ, чтобы визуализировать, как она выглядит в большом масштабе, но он был настроен скептически, когда Оскар Элек, научный сотрудник Вычислительного СМИ, предложили использовать Physarum на основе алгоритма. Ведь совершенно разные силы, формы космической паутины и роста слизевика.

Но Элэк, кто всегда был очарован закономерности в природе, был впечатлен Physarum «biofabrications» из берлинского художника мудрец Дженсон. Начиная с 2-мерной Physarum модель Дженсон использовал (первоначально разработанная в 2010 году Джефф Джонс), Елек и друг (программист января Ivanecky) продлил на три измерения и сделаны дополнительные изменения для создания нового алгоритма, который они назвали методом Монте-Карло Physarum машина.

Burchett дал Элек набор данных 37,000 галактик из Слоуновского цифрового обзора неба (СДСС), и когда они применили новый алгоритм, результат был довольно убедительным представлением космической паутины.

«Это момент прозрения, и я убедился, что модель слизевиках путь вперед для нас», — сказал Burchett. «Это простое совпадение, что он работает, но не совсем. В слизевик создает оптимизированной транспортной сети, поиск наиболее эффективных путей для подключения источников питания. В космической паутины, рост структуры производит сетях, которые также являются, в некотором смысле, оптимальным. Глубинные процессы бывают разные, но они производят математические структуры, которые являются аналогами.»

Элек также отметил, что «модель, которую мы разработали несколько слоев абстракции от его первоначального вдохновения».

Конечно, сильное визуальное сходство результатов моделирования предполагаемой структуры космической паутины ничего не доказывает. Ученые проводили различные тесты, чтобы проверить модель, как они продолжали совершенствовать их.

До сих пор лучшие представления о космической паутины возникли в результате компьютерного моделирования эволюции структуры во Вселенной, показывает распределение темной материи на больших масштабах, в том числе массивной темной материи в гало галактик образуют и нити, которые их соединяют. Темная материя невидима, но она составляет около 85 процентов материи во Вселенной, и уважительность причин обыденное дело следить за распределением темной материи.

Команда Burchett были использованы данные из большого-планка космологической моделирование — разработчик Джоэл Примак, профессор физики Калифорнийского университета в Санта-Крус, а другие-испытать машину Physarum Монте-Карло. После извлечения каталога темной материи Гало от симуляции, они побежали алгоритм, чтобы восстановить паутину нитей, соединяющих их. Когда они сравнили результаты алгоритма к исходному моделирования, они обнаружили тесную корреляцию. Модель слизевиках, по сути, повторила паутину нити в темно-моделирование материи, и исследователи смогли использовать моделирование для тонкой настройки параметров модели.

«Начиная с 450.000 темной материи Гало, мы можем получить практически идеально подходит для поля плотности в космологической моделирования», — сказал Элек.

Burchett также исполнила то, что он назвал «проверкой», сравнивая наблюдаемые свойства веществ галактик с плотностью газа в межгалактической среде, предсказанное моделью слизевиках. Активность звездообразования в галактике должны коррелировать с плотностью галактической среде, и Burchett облегчением увидел ожидаемой корреляции.

Теперь у команды была прогнозируемой структуры для космической паутины, соединяющей 37,000 СДСС галактик, которые они могли бы испытать от астрономических наблюдений. Для этого они использовали данные с космического происхождения космического телескопа Хаббла спектрографа. Межгалактический газ оставляет свой неповторимый почерк поглощения в спектре света, который проходит через него, а перед глазами-строчки сотни далеких квазаров Пирс объем пространства, занимаемого СДСС галактик.

«Мы знали, где нити космической паутины должны быть благодаря слизевик, чтобы мы могли перейти на архивных спектров Хаббла для квазаров, что зонд, что пространство и искать подписями газа» Burchett объяснил. «Где бы мы увидели нити в нашей модели, спектры Hubble показал газовый сигнал, и сигнал становился сильнее ближе к середине нити, где газ должен быть плотнее.»

В плотных областях, однако, сигнал упал. Это тоже соответствовало ожиданиям, он сказал, что нагрев газа в тех регионах, ионизирует водород, срывали электроны и исключения подписи поглощения.

«Впервые, мы можем оценить плотность межгалактической среды из отдаленных окраинах космической паутины нити в горячем, плотном интерьеров скоплений галактик», — сказал Burchett. «Эти результаты не только подтверждают структуру космической паутины предсказывали космологических моделях, они также дают нам возможность улучшить наше понимание эволюции галактики, соединив его с газом резервуары, из которых формировались галактики.»

Burchett и Элек встретились через соавтором Ангус Форбс, доцент кафедры вычислительных и медиа-директор УСК творческой лаборатории кодинга в школе Баскина техники. Burchett и Форбс начал сотрудничать после встречи на вечере открытого микрофона для музыкантов в городе Санта-Крус, первоначально сосредотачиваясь на приложение визуализации данных, которые они опубликовали в прошлом году.

Также Forbes представил Элек работе мудрец Дженсон, не потому, что он думал, что это относится к веб-проект космического Burchett, но потому что «он знал, что я был картиной природы урод», — сказал Элек.

Соавтор Ж. Ксавье Прочаски, профессором астрономии и астрофизики Калифорнийского университета Санта Круз, который сделал новаторскую работу с помощью квазаров, чтобы проверить состав межгалактической среды, сказал: «Этот творческий метод и внезапный успех подчеркивают значение междисциплинарного сотрудничества, где совершенно иные перспективы и опыт сходятся над научными проблемами.»

Творческая лаборатория кодирования Форбс сочетает в себе подходы, медиа-искусства, дизайна и компьютерной науки. «Я думаю, что там могут быть реальные возможности для интеграции искусства в научных исследованиях,» сказал Forbes. «Творческие подходы к моделированию и визуализации данных может привести к новым перспективам, которые помогают нам разобраться в сложных системах».

В дополнение к Burchett, Елек, Прочаски и Forbes, в соавторы включить Николя Tejos в епископальный Католический университет Вальпараисо, Чили; Тодд Трипп в Массачусетском университете, Амхерст; и Rongmon Локпрайя в Государственном Университете Северной Каролины. Эта работа была поддержана НАСА.

сделать разницу: спонсорские возможности