Evrendeki madde eşit dağılmamıştır. Süper kümeler ve onları birbirine bağlayan, büyük boşluklarla çevrili madde filamanları hakimdir. Galaxy süper kümeleri hiyerarşinin en tepesinde. Bunların içinde her şey var: galaksi grupları ve kümeleri, bireysel galaksiler ve güneş sistemleri. Bu hiyerarşik yapıya “Kozmik Web” denir.
Fakat Evren bu formu nasıl ve neden aldı?
California Santa Cruz Üniversitesi'nden bir gökbilimci ve bilgisayar bilimcisi ekibi, bunu anlamak için ilginç bir yaklaşım benimsedi. Balçık kalıpların büyüme modellerine dayanan bir bilgisayar modeli oluşturdular. Bu, çamur kalıplarının doğada diğer kalıpları açıklamaya ilk kez yardımcı olmamıştır.
Ekip, “Kozmik Web'in Karanlık Konularını Ortaya Çıkarma” başlıklı sonuçlarını özetleyen bir çalışma yayınladı. Baş yazar UC Santa Cruz'da astronomi ve astrofizik alanında doktora sonrası araştırmacı Joseph Burchett. Çalışma Astrofizik Dergi Mektupları'nda yayınlandı.
Modern kozmolojik teori, maddenin bu süper kümeler ve filamanların şeklini alacağını ve onları ayıran geniş boşlukları öngörür. Ancak 1980'lere kadar bilim adamları galaksi kümelerinin en büyük yapı olduğunu ve bu kümelerin Evren'e eşit olarak dağıldığını düşündüler.
Sonra süper kümeler keşfedildi. Sonra kuasar grupları. Gittikçe daha fazla yapı ve boşluk keşfi ile gitti. Sonra Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması ve Evrenin devasa bir 3D Haritası ve Milenyum Simülasyonu gibi diğer çabalar geldi.
Bütün bu süper kümeleri ve gökada gruplarını birbirine bağlayan madde filamanlarını görmek zordur. Çoğunlukla, sadece dağınık hidrojendir. Ancak gökbilimciler bu olayı görmeyi başardılar.
Balçık kalıba girin. Balçık küfler, tek hücreler olarak mükemmel derecede iyi yaşayan tek hücreli organizmalardır, ancak aynı zamanda birleşik çok hücreli yapıları özerk olarak oluştururlar. Yiyecek bol olduğunda, yalnız hareket ederler, ancak yiyecek daha az olduğunda, bir araya gelirler. Kolektif durumda kimyasalları tespit etmek, yiyecek bulmakta daha iyidirler ve hatta spor üreten saplar bile oluşturabilirler.
Balçık kalıplar dikkat çekici yaratıklar ve bilim adamları, basın açıklamasında belirtildiği gibi, yaratığın “optimal dağıtım ağları oluşturma ve hesaplamalı olarak zor mekansal organizasyon sorunlarını çözme” yeteneğinden şaşkın ve merak uyandırdı. 2018'de Japon bilim adamları, balçık bir kalıbın Tokyo'nun ray sisteminin düzenini çoğaltabildiğini bildirdi.
Oskar Elek, U, C, Santa Cruz'da hesaplama ortamlarında doktora sonrası araştırmacıdır. Yazar Joseph Burchett'e, balçık kalıpların maddenin kozmik dağılımını taklit edebileceğini ve görselleştirmenin bir yolunu sağlayabileceğini öne sürdü.
Burchett başlangıçta şüpheliydi.
“Bu bir tür Eureka anıydı ve balçık kalıp modelinin bizim için ileriye giden yol olduğuna ikna oldum.”
Joseph Burchett, baş Yazar. U harfi, Santa Cruz.
Elek ve başka bir programcı, sanat dünyasından 2 boyutlu ilham alarak, Monte Carlo Physarum Makinesi adını verdikleri 3 boyutlu bir balçık kalıp davranışı algoritması oluşturdu. Physarum, her türlü araştırmada kullanılan model bir organizmadır.
Burchett, 37.000 gökada ve bunların uzaydaki dağılımını içeren Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması'ndan Elek verilerini vermeye karar verdi. Balçık kalıp algoritmasını çalıştırdıklarında, sonuç “kozmik ağın oldukça ikna edici bir temsiliydi”.
Burchett, “Bu bir tür Eureka anıydı ve balçık kalıp modelinin bizim için ileriye giden yol olduğuna ikna oldum” dedi. “Çalışması biraz tesadüf ama tamamen değil. Bir balçık kalıp, gıda kaynaklarını bağlamak için en verimli yolları bularak optimize edilmiş bir taşıma ağı oluşturur. Kozmik ağda, yapının büyümesi, bir anlamda optimal olan ağlar üretir. Altta yatan süreçler farklıdır, ancak benzer olan matematiksel yapılar üretir. ”
Ancak, zorlayıcı olsa da, balçık kalıp, büyük ölçekli yapının görsel bir temsiliydi. Takım burada durmadı. Algoritmayı geliştirdiler ve modellerini doğrulamak için ek testler yaptılar.
Karanlık Madde hikayeye giriyor. Bir bakıma, Evrenin büyük ölçekli yapısı, Kara Maddenin büyük ölçekli dağılımıdır. Gökadalar, uzun filamanlı yapıları birbirine bağlayan masif Karanlık Maddede haleler oluştururlar. Karanlık Madde, Evrendeki maddenin yaklaşık% 85'ini içerir ve tüm Karanlık Maddenin yerçekimi çekmesi “normal” maddenin dağılımını şekillendirir.
Araştırmacılar ekibi, başka bir bilimsel simülasyondan bir karanlık madde haleleri kataloğuna sahipti. Daha sonra tüm bu haleleri bağlayan filaman ağını kopyalayıp kopyalayamayacağını görmek için balçık kalıp tabanlı algoritmalarını bu verilerle çalıştırdılar. Sonuç orijinal simülasyon ile çok sıkı bir korelasyon oldu.
Elek, basın açıklamasında, "450.000 karanlık madde halinden başlayarak, kozmolojik simülasyondaki yoğunluk alanlarına neredeyse mükemmel bir uyum sağlayabiliyoruz." Dedi.
Balçık kalıp algoritması filaman ağını çoğalttı ve araştırmacılar bu sonuçları algoritmalarında daha fazla ince ayar yapmak için kullandılar.
Bu noktada ekip, büyük ölçekli yapının yapısını ve her şeyi birbirine bağlayan kozmik ağı tahmin etti. Bir sonraki adım, bunu farklı bir gözlemsel veri kümesiyle karşılaştırmaktı. Bunun için saygıdeğer Hubble Uzay Teleskobu'na gittiler. Bu teleskopun Kozmik Kökenleri Spektrografı (COS), galaksiler arası gaz spektroskopisi ile Evrenin büyük ölçekli yapısını inceler. Bu gaz kendi ışığını yaymaz, bu yüzden spektroskopi önemlidir. Gazın kendisine odaklanmak yerine, COS, gazdan geçerken uzak kuasarlardan gelen ışığı ve galaksiler arası gazın bu ışığı nasıl etkilediğini inceler.
Burchett, “Kozmik ağın filamanlarının balçık kalıbı sayesinde nerede olması gerektiğini biliyorduk, bu yüzden bu alanı araştıran ve gazın imzalarını arayan kuasarlar için arşivlenmiş Hubble spektrumlarına gidebiliriz” dedi. “Modelimizde bir filaman gördüğümüz her yerde, Hubble spektrumu bir gaz sinyali gösterdi ve sinyal, gazın daha yoğun olması gereken filamanların ortasına doğru güçlendi.”
Bu başka bir Eureka gerektiriyor.
Burchett, “İlk defa, kozmik ağ filamentlerinin uzak eteklerinden galaksi kümelerinin sıcak, yoğun iç mekanlarına kadar galaksiler arası ortamın yoğunluğunu ölçebiliriz” dedi. “Bu sonuçlar sadece kozmolojik modellerin öngördüğü kozmik ağın yapısını doğrulamakla kalmıyor, aynı zamanda galaksinin evrimi oluşturan gaz rezervuarlarına bağlayarak galaksi evrimi anlayışımızı geliştirmenin bir yolunu sunuyor.”
Bu çalışma, farklı araştırmacılar silolarından çıkıp farklı disiplinlerle işbirliği yaptığında neler yapılabileceğini göstermektedir. Kozmoloji, astronomi, bilgisayar programlama, biyoloji ve hatta sanat, bu en ilginç sonuca katkıda bulundu.
UCSC Yaratıcı Kodlama laboratuvarından ortak yazar Angus Forbes, “Sanatı bilimsel araştırmaya entegre ettiğinizde gerçek fırsatlar olabileceğini düşünüyorum” dedi. “Verileri modellemeye ve görselleştirmeye yönelik yaratıcı yaklaşımlar, karmaşık sistemleri anlamamıza yardımcı olan yeni perspektiflere yol açabilir.”
Daha:
- Basın Bülteni: Gökbilimciler kozmik ağın karanlık ipliklerini ortaya çıkarmak için balçık kalıp modelini kullanıyor
- Araştırma Raporu: Kozmik Ağın Karanlık Konularını Ortaya Çıkarmak
- Space Magazine: Yeni 3 Boyutlu Harita 9 Milyar Yıl Önce Evrendeki Büyük Ölçekli Yapıları Gösteriyor
