우주의 물질은 균등하게 분배되지 않습니다. 그것은 슈퍼 클러스터와 그것들을 묶어 놓은 물질의 필라멘트에 의해 지배됩니다. Galaxy 슈퍼 클러스터는 계층 구조의 최상위에 있습니다. 그 안에는 은하계와 클러스터, 개별 은하계, 태양계가 있습니다. 이 계층 구조를 "Cosmic Web"이라고합니다.
그러나 우주는 어떻게 그리고 왜이 형태를 취했습니까?
University of California Santa Cruz의 천문학 자 및 컴퓨터 과학자 팀은이를 파악하기위한 흥미로운 접근 방식을 취했습니다. 그들은 슬라임 몰드의 성장 패턴을 기반으로 컴퓨터 모델을 구축했습니다. 슬라임 몰드가 자연의 다른 패턴을 설명하는 데 도움이 된 것은 이번이 처음이 아닙니다.
이 팀은“Cosmic Web의 어두운 실 공개”라는 제목의 연구 결과를 발표했습니다. 주 저자는 UC Santa Cruz의 천문학과 천체 물리학 박사 후 연구원 인 Joseph Burchett입니다. 이 연구는 천체 물리학 저널에 실렸다.
현대의 우주론 이론은 물질이 이러한 슈퍼 클러스터와 필라멘트의 모양과 그것들을 분리시키는 광대 한 공극을 취할 것이라고 예측합니다. 그러나 1980 년대까지 과학자들은 은하단이 가장 큰 구조라고 생각했으며,이 클러스터는 우주 전체에 고르게 분포되어 있다고 생각했습니다.
그런 다음 슈퍼 클러스터가 발견되었습니다. 그런 다음 퀘이사 그룹. 그에 따라 점점 더 많은 구조와 공극이 발견되었습니다. 그런 다음 Sloan Digital Sky Survey와 우주의 거대한 3D지도 및 밀레니엄 시뮬레이션과 같은 다른 노력이있었습니다.
이 모든 슈퍼 클러스터와 은하 그룹을 연결하는 물질의 필라멘트는보기가 어렵습니다. 대부분, 그것은 단지 수소 확산입니다. 그러나 천문학 자들은 그것을 엿볼 수있었습니다.
점액 틀에 들어가십시오. 점액 주형은 단일 세포로서 완벽하게 잘 살지만 단세포 세포 구조를 자율적으로 형성하는 단일 세포 유기체입니다. 음식이 많으면 혼자 행동하지만 음식이 더 부족하면 서로 뭉칩니다. 집단적 상태에서 그들은 화학 물질을 탐지하고 음식을 찾는 데 더 좋으며 포자를 생성하는 줄기를 만들 수도 있습니다.
보도 자료에 따르면 점액 주형은 놀라운 생물이며 과학자들은“최적의 분배 네트워크를 만들고 계산이 어려운 공간 조직 문제를 해결할 수있는”생물의 능력에 의아해하고 흥미를 느꼈다. 2018 년 일본 과학자들은 슬라임 몰드가 도쿄의 레일 시스템의 레이아웃을 복제 할 수 있다고보고했습니다.
Oskar Elek는 산타 크루즈의 U of C에서 전산 매체의 박사 후 연구원입니다. 그는 조셉 버 chet 트 (Joseph Burchett)에게 점액질 주형이 물질의 우주적 분포를 모방하고 그것을 시각화하는 방법을 제공 할 수 있다고지도했다.
버 chet 트는 처음에 회의적이었다.
"유레카의 순간이었고, 나는 슬라임 몰드 모델이 우리를 향한 길이라고 확신하게되었습니다."
조셉 Burchett, 수석 저자. 산타 크루즈 C
Elek와 다른 프로그래머는 예술계에서 2D 영감을 얻어 Monte Carlo Physarum Machine이라고하는 점액 몰드 거동의 3D 알고리즘을 만들었습니다. Physarum은 모든 종류의 연구에 사용되는 모델 유기체입니다.
Burchett은 37,000 개의 은하와 우주에 분포 된 Sloan Digital Sky Survey의 Elek 데이터를 제공하기로 결정했습니다. 그들이 점액 곰팡이 알고리즘을 실행했을 때, 그 결과는 "우주 웹의 매우 설득력있는 표현"이었습니다.
Burchett는“이는 유레카의 순간 이었기 때문에 점액 금형 모델이 우리에게 앞으로 나아갈 길이라고 확신하게되었습니다. “일관되게 작동하는 것은 우연의 일치입니다. 점액 주형은 최적화 된 운송 네트워크를 만들어 식품 공급원을 연결하는 가장 효율적인 경로를 찾습니다. 우주 웹에서, 구조의 성장은 어떤 의미에서 최적의 네트워크를 생성합니다. 근본적인 과정은 다르지만 비슷한 수학적 구조를 만들어냅니다.”
그러나 슬라임 몰드는 설득력이 있지만 대규모 구조를 시각적으로 표현한 것일뿐입니다. 팀은 거기서 멈추지 않았습니다. 그들은 알고리즘을 개선하고 모델을 검증하기 위해 추가 테스트를 수행했습니다.
이곳에서 다크 물질이 이야기에 들어갑니다. 어떤면에서, 우주의 대규모 구조는 암흑 물질의 대규모 분포입니다. 은하계는 어두운 물질의 거대한 후광에서 형성되며, 긴 필라멘트 구조는 그것들을 연결합니다. 암흑 물질은 우주에서 물질의 약 85 %로 구성되며, 암흑 물질의 모든 중력은“일반적인”물질의 분포를 형성합니다.
연구팀은 또 다른 과학적 시뮬레이션에서 암흑 물질 후광의 카탈로그를 확보했습니다. 그런 다음 해당 데이터로 점액 형 기반 알고리즘을 실행하여 모든 후광을 연결하는 필라멘트 네트워크를 복제 할 수 있는지 확인했습니다. 결과는 원래 시뮬레이션과 매우 밀접한 상관 관계가있었습니다.
Elek은 보도 자료에서“450,000 암흑 후광으로 시작하여 우주 시뮬레이션에서 밀도 필드에 거의 완벽하게 맞출 수있다.
슬라임 몰드 알고리즘은 필라멘트 네트워크를 복제했으며 연구자들은이 결과를 사용하여 알고리즘을 더욱 세밀하게 조정했습니다.
그 시점에서 팀은 대규모 구조의 구조와 모든 것을 연결하는 우주의 웹에 대한 예측을 가졌습니다. 다음 단계는 다른 관측 데이터 세트와 비교하는 것이 었습니다. 이를 위해 그들은 유서 깊은 허블 우주 망원경으로 갔다. 이 망원경의 Cosmic Origins Spectrograph (COS)는 은하계 가스의 분광법을 통해 우주의 대규모 구조를 연구합니다. 그 가스는 자체적으로 빛을 방출하지 않으므로 분광법이 핵심입니다. COS는 가스 자체에 초점을 맞추기보다는 가스를 통과 할 때 먼 퀘이사의 빛과 은하계 가스가 그 빛에 어떤 영향을 미치는지 연구합니다.
Burchett는“우리는 우주 웹의 필라멘트가 점액 몰드 덕분에 어디에 있어야하는지 알고 있었기 때문에 그 공간을 조사하고 가스의 특성을 찾는 퀘이사의 보관 된 허블 스펙트럼으로 이동할 수있었습니다. "우리 모델에서 필라멘트를 볼 때마다 허블 스펙트럼은 가스 신호를 보여 주었고, 신호는 가스 밀도가 높아야하는 필라멘트 중간쪽으로 강해졌습니다."
그것은 또 다른 유레카를 요구합니다.
Burchett 박사는“처음으로 우리는 우주 웹 필라멘트의 외곽에서 은하단의 뜨겁고 조밀 한 내부까지 은하계 매체의 밀도를 정량화 할 수있다. "이 결과는 우주 론적 모델에 의해 예측 된 우주 웹의 구조를 확인할뿐 아니라, 우리는 은하가 형성되는 가스 저장소와 연결함으로써 은하 진화에 대한 이해를 향상시킬 수있는 방법을 제공한다."
이 연구는 다른 연구원들이 그들의 사일로에서 나와서 다른 학문을 통해 협력 할 때 달성 할 수있는 것을 보여줍니다. 우주론, 천문학, 컴퓨터 프로그래밍, 생물학, 심지어 예술까지도이 가장 흥미로운 결과에 기여했습니다.
UCSC Creative Coding lab의 공동 저자 인 Angus Forbes는“예술을 과학 연구에 통합 할 때 실질적인 기회가 있다고 생각합니다. "데이터 모델링 및 시각화에 대한 창의적인 접근 방식은 복잡한 시스템을 이해하는 데 도움이되는 새로운 관점으로 이어질 수 있습니다."
더:
- 보도 자료 : 천문학 자들은 슬라임 몰드 모델을 사용하여 우주 웹의 어두운 실을 드러냅니다.
- 연구 논문 : 우주 웹의 어두운 실 공개
- 우주 잡지 : 새로운 3D 맵으로 9 십억 년 전의 우주에서 대규모 구조를 보여줍니다
