(Burchett et al., ApJL, 2020) Astronomen haben einen Algorithmus verwendet, der auf den Wachstumsmustern von Schleimpilzen basiert, um etwas zu kartieren, das im Grunde unmöglich zu sehen ist: das kosmische Netz aus Gas und Dunkle Materie die die eigentliche Struktur des Universums untermauern.
Schleimpilz ( Physarum polycephalum ) ist eines der seltsamste Lebensformen auf dem Planeten , aber wir sollten diese seltsamen, gallertartigen Kleckse nicht unterschätzen.
Das liegt daran, dass dieser hirnlose Organismus – oder vielmehr die Art und Weise, wie er in verzweigten Netzwerken aus schleimigen Ranken nach außen wächst – entgegen dem Anschein in der Lage ist, räumliche Probleme zu „lösen“, die aus rechnerischer Sicht tatsächlich unglaublich komplex sind.
In der Vergangenheit basierten Modelle auf P. polycephalum Ich habe Fernweh Labyrinthe gelöst , identifizierte die kürzester Weg zwischen Punkten , und sogar rekonstruiert Netz des Tokioter Schienennetzes .
Doch wie groß darf der Schleimpilz nur träumen? Nun, die Antwort ist „ziemlich groß“. In einer neuen Forschung unter der Leitung des Astronomen Joe Burchett von der UC Santa Cruz fanden Wissenschaftler heraus P. polycephalum s Forscherinstinkt wird dazu beitragen, eines der größten Unbekannten der Astrophysik zu lösen.
(NASA, ESA und J. Burchett und O. Elek – UC Santa Cruz)
Über: Die 3D-Karte des Schleimpilzmodells des Filamentnetzwerks des kosmischen Netzes mit Einschüben, die Galaxien (gelb) und algorithmisch generierte Filamentstränge (lila) zeigen.
„Die moderne Kosmologie sagt voraus, dass sich die Materie in unserem heutigen Universum zu einem riesigen Netzwerk aus fadenförmigen Strukturen zusammengefügt hat, die umgangssprachlich als ‚kosmisches Netz‘ bezeichnet werden“, schreiben die Autoren in ihrem Buch neues Papier .
„Da diese Materie entweder elektromagnetisch unsichtbar (d. h. dunkel) oder zu diffus ist, um sie in der Emission abzubilden, sind Tests dieses kosmischen Netzparadigmas begrenzt.“
Mit anderen Worten: Wie können wir versuchen, dieses gigantische, unsichtbare kosmische Netz, das als Gerüst des gesamten Universums dient, experimentell zu visualisieren, da es aus unsichtbarer dunkler Materie oder dünnen Gasfilamenten besteht, die mit unseren Zielfernrohren schwer zu erkennen sind?
Für Schleimpilz war das nie wirklich ein Problem. Bis es soweit war.
Einer aus dem Team der UC Santa Cruz, der computergestützte Medienforscher Oskar Elek, ließ sich von der Arbeit des deutschen Medienkünstlers Sage Jenson inspirieren, der sie geschaffen hatte künstlerische Simulationen bezogen auf P. polycephalum 's Futtersuchverhalten.
Die Forscher nahmen Jensons 2D-Modell und erstellten es mit zusätzlichen Modifikationen dreidimensional nach. Anschließend fütterten sie den Algorithmus mit einem Datensatz der Koordinaten von 37.000 Galaxien in der sogenannten Galaxie Lokales Universum , und das Schleimpilzmodell hat sein Ziel erreicht: Es hat die Punkte wie immer zusammengefügt, dieses Mal jedoch im himmlischen Maßstab, und hat uns eine virtuelle, optimierte Rekonstruktion davon gegeben, wie das kosmische Netz tatsächlich aussehen könnte.
„Die Galaxien dienen effektiv als ‚Nahrungsquellen‘ für einen Schwarm virtueller ‚Schleimpilz‘-Agenten, die in einen 3D-Raum freigesetzt werden, der durch die Himmelskoordinaten jeder Galaxie definiert wird.“ schreiben die Forscher .
„Die Agenten bewegen sich kontinuierlich durch den Weltraum und erreichen schließlich einen Gleichgewichtszustand, wodurch ein annähernd optimales Transportnetzwerk von Galaxie zu Galaxie entsteht.“
Natürlich ist die 3D-Karte, die der Algorithmus generiert, nur eine künstliche Simulation – kein sicherer Beweis dafür, wo sich die dunkle Materie und die Gasfilamente des kosmischen Netzes tatsächlich dort draußen im Weltraum befinden. Dennoch könnte es unsere beste Annäherung sein, sagen die Forscher, und sie haben zumindest einige Beweise, die diese Behauptung stützen.
Während es wahrscheinlich unmöglich wäre, die gesamte Rekonstruktion des kosmischen Netzes zu validieren, deuten Stichproben, bei denen die Filamente des Schleimpilzes mit alten Hubble-Daten über Wasserstoffgasstandorte verglichen werden, darauf hin, dass das Netzwerk des Algorithmus korrekt ist.
„Dank des Schleimpilzes wussten wir, wo sich die Filamente des kosmischen Netzes befinden sollten, sodass wir in den archivierten Hubble-Spektren nach den Quasaren suchen konnten, die diesen Raum erforschen, und nach den Signaturen des Gases suchen.“ sagt Burchett .
„Wo immer wir in unserem Modell ein Filament sahen, zeigten die Hubble-Spektren ein Gassignal, und das Signal wurde zur Mitte der Filamente hin stärker, wo das Gas dichter sein sollte.“
Sollten wir überrascht sein, dass etwas so Grundlegendes und Niedriges wie der Schleimpilzinstinkt uns in die Richtung kosmischer Strukturen weisen kann, die sonst der wissenschaftlichen Entdeckung entgangen wären? Ja und nein, sagen die Forscher.
„Es ist eher Zufall, dass es funktioniert, aber nicht ganz“ Burchett erklärt .
„Ein Schleimpilz schafft ein optimiertes Transportnetzwerk und findet die effizientesten Wege, um Nahrungsquellen zu verbinden.“ Im kosmischen Netz entstehen durch das Wachstum der Struktur Netzwerke, die in gewisser Weise auch optimal sind. „Die zugrunde liegenden Prozesse sind unterschiedlich, aber sie erzeugen mathematische Strukturen, die analog sind.“
Auf jeden Fall könnten uns die Ergebnisse eine völlig neue Möglichkeit bieten, die Strukturen des kosmischen Netzes zu verstehen, und das ist vor allem der Existenz von Schleimpilzen zu verdanken. Es scheint, dass wir alle in der Gosse stecken, aber einige von uns schauen in die Sterne.
„Zum ersten Mal können wir die Dichte des intergalaktischen Mediums von den entfernten Rändern der Filamente des kosmischen Netzes bis zum heißen, dichten Inneren von Galaxienhaufen quantifizieren.“ sagt Burchett .
„Diese Ergebnisse bestätigen nicht nur die von kosmologischen Modellen vorhergesagte Struktur des kosmischen Netzes, sie geben uns auch die Möglichkeit, unser Verständnis der Galaxienentwicklung zu verbessern, indem wir sie mit den Gasreservoirs in Verbindung bringen, aus denen sich Galaxien bilden.“
Über die Ergebnisse wird berichtet Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe .