Мастерство решения проблемы простой формы слизи было использовано, чтобы проследить крупномасштабную структуру вселенной

Вычислительный подход, основанный на моделях роста ярко-желтой слизистой плесени, позволил команде астрономов и компьютерщиков в Калифорнийском университете в Санта-Крус проследить волокна космической паутины, соединяющей Galaxy по всей вселенной.

Их результаты опубликованы 10 марта в Астрофизические Журнальные Письма, обеспечить первую убедительную связь между диффузным газом в пространстве между Galaxyми и крупномасштабной структурой космического полотна, предсказанную космологической теорией.

Согласно преобладающей теории, поскольку вселенная развивалась после большого взрыва, материя стала распределяться в сети, похожей на сеть, из взаимосвязанных нитей, разделенных огромными пустотами. Светящиеся Galaxy, полные звезд и планет, образовались на пересечениях и в самых плотных областях нитей, где материя наиболее сконцентрирована. Нити диффузного газообразного водорода, проходящие между Galaxyми, в основном невидимы, хотя астрономам удалось разглядеть их части.

Похоже, что ни один из них не имеет ничего общего с слабо слизистой плесенью, называемой Physarum polycephalum, обычно растущей на гниющих бревнах и опавших листьях на лесной подстилке и иногда образующих губчатые желтые массы на газонах. Но Physarum имеет долгую историю удивительных ученых, способных создавать оптимальные распределительные сети и решать вычислительно сложные задачи пространственной организации. В одном известном эксперименте слизистая плесень копировала план железнодорожной системы Японии, соединяя источники пищи, организованные для представления городов вокруг Токио.

Джо Бурчетт, исследователь докторской степени в области астрономии и астрофизики в Калифорнийском университете в Санта-Круз, искал способ визуализации космической сети в больших масштабах, но он скептически отнесся к тому, когда Оскар Элек, исследователь докторских наук в вычислительной среде, предложил использовать Physarum алгоритм В конце концов, совершенно разные силы формируют космическую сеть и рост слизистой плесени.

Но Элек, который всегда был очарован природными образцами, был впечатлен "биофабрикациями" Physarum берлинского художника Сэйджа Дженсона. Начав с двухмерной модели Physarum, которую использовал Дженсон (первоначально разработанной в 2010 году Джеффом Джонсом), Элек и его друг (программист Ян Иванецки) расширили ее до трех измерений и внесли дополнительные изменения, чтобы создать новый алгоритм, который они назвали машиной Монте-Карло Физарум. ,

Бурчетт дал Элек набор данных из 37 000 Galaxyиз Sloan Digital Sky Survey (SDSS), и когда они применили к нему новый алгоритм, в результате получилось довольно убедительное представление космической сети.

Читайте также

  • Покупая своими руками или продавая фитнес-браслет, следует отсоединить его от подключенного устройства, в противном случае устройство нельзя подключить к другому смартфону. Это не сложно, но многие пользователи Xiaomi mi не знают, как отменить пару.К...
  • Совершенно совсем недавно Apple представили новинку телефонов, и очень изумили многих любителей собственной продукции. Новенькая линия телефонов iPhone 7 и iPhone 7 Plus стали истинной сенсацией последних дней. Обновление, которое подняло обилие диск...
  • Связанные историиТехнические характеристики Tecno Spark Go PlusАппарат оснащен четырехъядерным процессором с тактовой частотой 2,0 ГГц. Есть также батарея на 4000 мАч. Компания также добавила 8-мегапиксельную заднюю камеру с питанием от AI, которой п...
  • Независимо от того, хотите ли вы универсальный комплект для автоматизации или охранную сигнализацию, эти инструменты «сделай сам». лучшие из множества.От умных лампочек и термостатов, которые думают сами, до дверных замков Bluetooth, беспроводных кам...
  • Источник: Джерами Джонсон / Android Central Если вы похожи для меня, вы получаете свои лучшие идеи в худшие времена. Современные, если вы находитесь в рамках досягаемости Alexa по другому приложения Alexa, можно сохранить эту замечательную идею как ...
  • Вы помните те хорошие времена, когда вам не требовалась учетная запись Facebook для регистрации и использования Facebook Messenger? И, эти дни длились около 4 лет, увы они, видимо, прошли. Без каких-либо серьезных заявлений гигант соц сетях сетей, по...

«Это был своего рода момент Эврики, и я убедился, что модель слизистых оболочек. это путь для нас». сказал Бурчетт. «Несколько случайно, что это работает, но не полностью. Форма слизи создает оптимизированную транспортную сеть, находя наиболее эффективные пути для соединения источников пищи. В космической сети рост структуры создает сети, которые также, в некотором смысле, Оптимальные. Основные процессы разные, но они создают математические структуры, которые аналогичны ".

Элек также отметил, что «разработанная нами модель находится в нескольких слоях абстракции от ее первоначального вдохновения».

Конечно, сильное визуальное сходство результатов модели с ожидаемой структурой космической сети ничего не доказывает. Исследователи выполнили множество тестов, чтобы подтвердить модель, поскольку они продолжали улучшать это.

До сих пор лучшие представления о космической паутине возникали из компьютерного моделирования эволюции структуры во вселенной, показывая распределение темной материи в больших масштабах, включая массивные гало темной материи, в которых образуются Galaxy, и нити, которые их соединяют. , Темная материя невидима, но она составляет около 85 процентов вещества во вселенной, и гравитация заставляет обычную материю следовать за распределением темной материи.

Команда Бурчетта использовала данные космологического моделирования Большого Планка, разработанного Джоэлем Примаком, заслуженным профессором физики в Калифорнийском университете в Санта-Крузе и другими, для тестирования машины Монте-Карло Физарум. После извлечения каталога гало темной материи из моделирования, они запустили алгоритм, чтобы восстановить сеть нитей, соединяющих их. Когда они сравнили результаты алгоритма с исходным моделированием, они обнаружили тесную корреляцию. Модель слизи по существу копировала паутину нитей в моделировании темной материи, и исследователи смогли использовать моделирование для точной настройки параметров своей модели.

«Начиная с 450 000 ореолов темной материи, мы можем получить почти идеальное соответствие полям плотности в космологическом моделировании». сказал Элек.

Астрономы используют модель слизи, чтобы выявить темные нити космической паутины. Решение проблем

Берчетт также выполнил то, что он назвал «проверкой работоспособности», сравнив наблюдаемые свойства GalaxySDSS с плотностями газа в межгалактической среде, предсказанными моделью слизи. Активность звездообразования в Galaxy должна коррелировать с плотностью ее галактического окружения, и Бурчетт с облегчением увидел ожидаемые корреляции.

Теперь у команды была предсказанная структура для космической сети, соединяющей 37 000 GalaxySDSS, которую они могли проверить против астрономических наблюдений. Для этого они использовали данные космического телескопа космического телескопа Хаббла. Межгалактический газ оставляет характерную поглотительную характеристику в спектре света, проходящего через него, и линии взгляда сотен далеких квазаров пронизывают объем пространства, занимаемого Galaxyми SDSS.

Читайте также

  • Аккумулятор и его характеристики являются одними из ключевых параметров при выборе смартфона. Удобство пользования телефоном будет зависеть от них. Если в аккумуляторе недостаточно энергии, его необходимо постоянно заряжать. То есть мобильность падае...
  • Популярная сейчас китайская компания Xiaomi выпустила несколько телефонных линий, в том числе такие популярные модели, как Xiaomi Redmi 4A, Xiaomi Redmi 3s, Xiaomi Redmi 4 Pro и многие другие.Общим для этих моделей является то, что SIM-карта может бы...
  • Как пополнить баланс чужого номера телефона 900С помощью карты Сбербанка вы можете перевести деньги на другой номер телефона. Многие клиенты банка уже знают, как заработать на своем телефоне через 900. Но есть и другие удобные варианты и способы быст...
  • Я не могу войти в свою учетную запись Google на Android после сброса, проблема, с которой сталкиваются пользователи Android. Периодически возникают проблемы с программным обеспечением устройства. Операционная система может заморозить или атаковать вр...
  • Опрос выходного дня: Вам нравится наша новая темная тема?Ваши глаза теперь защищены ночью от полиции AndroidВы могли пропустить это, но незадолго до того, как Galaxy S20 был анонсирован на прошлой неделе, мы включили новую темную тему для сайта Andro...
  • Внешний чек покупкиВо-первых, проверьте упаковку на наличие повреждений (вмятины, порывы), если на упаковке были какие-либо удары во время транспортировки, то телевизор подхватит ее. Затем проверьте все правильно документированные документы, такие ка...

«Мы знали, где должны находиться нити космической сети, благодаря плесени слизи, поэтому мы могли перейти к заархивированным спектрам Хаббла для квазаров, которые исследуют это пространство и ищут сигнатуры газа». объяснил Бурчетт. «Везде, где мы видели нить накала в нашей модели, спектры Хаббла показывали сигнал газа, и сигнал становился сильнее к середине нити, где газ должен быть плотнее».

Однако в самых плотных регионах сигнал пропал. Это слишком соответствовало ожиданиям, сказал он, потому что нагревание газа в этих областях ионизирует водород, отщепляя электроны и устраняя сигнатуру поглощения.

«Впервые мы можем количественно определить плотность межгалактической среды от удаленных окраин волокон космической паутины до горячих, плотных внутренних областей скоплений Galaxy. сказал Бурчетт. «Эти результаты не только подтверждают структуру космической сети, предсказанную космологическими моделями, но и дают нам возможность улучшить наше понимание эволюции Galaxy, связав ее с газовыми резервуарами, из которых образуются Galaxy».

Бурчетт и Элек встретились через соавтора Ангуса Форбса, доцента вычислительной среды и директора лаборатории творческого кодирования UCSC в Баскинской школе инженерии. Берчетт и Форбс начали сотрудничать после встречи на вечере открытого микрофона для музыкантов в Санта-Крузе, сосредоточившись первоначально на приложении для визуализации данных, которое они опубликовали в прошлом году.

Форбс также познакомил Элека с работой Мудреца Дженсона не потому, что он думал, что это применимо к космическому веб-проекту Бурчетта, а потому, что «он знал, что я ненормальный из природы», сказал Элек.

Соавтор Дж. Ксавье Прочаска, профессор астрономии и астрофизики в UCSC, который проделал новаторскую работу с использованием квазаров для исследования структуры межгалактической среды, сказал: «Эта креативная техника и ее неожиданный успех подчеркивают ценность междисциплинарного сотрудничества, где совершенно разные перспективы и опыт используются для решения научных проблем ".

Лаборатория Creative Coding Forbes сочетает в себе подходы медиаискусства, дизайна и информатики. «Я думаю, что могут быть реальные возможности, когда вы интегрируете искусство в научные исследования». сказал Форбс. «Творческие подходы к моделированию и визуализации данных могут привести к новым перспективам, которые помогут нам разобраться в сложных системах».

В дополнение к Burchett, Elek, Prochaska и Forbes, соавторами являются Николас Техос из Папского католического университета Вальпараисо, Чили; Тодд Трипп в Массачусетском университете, Амхерст; и Ронгмон Бордолой из Университета штата Северная Каролина. Эта работа была поддержана НАСА.