Aardse slijmmodellen hebben astronomen geholpen het kosmische web in kaart te brengen dat sterrenstelsels door het hele universum met elkaar verbindt.
Slijmzwam, of Physarum polycephalum, is een eencellig organisme dat complexe filamentaire netwerken bouwt op zoek naar voedsel. Met behulp van computermodellen die zijn geïnspireerd op de groeipatronen van slijmzwam, hebben onderzoekers van de University of California Santa Cruz het webachtige netwerk van onderling verbonden filamenten getraceerd die lichtjaren tussen sterrenstelsels verlengen.
"Een slijmzwam zorgt voor een geoptimaliseerd transportnetwerk, waarbij de meest efficiënte wegen worden gevonden om voedselbronnen met elkaar te verbinden", zei Joe Burchett, hoofdauteur van het onderzoek van UC Santa Cruz, in een verklaring. 'In het kosmische web levert de groei van structuur netwerken op die in zekere zin ook optimaal zijn. De onderliggende processen zijn verschillend, maar ze produceren wiskundige structuren die analoog zijn.'
Om de nieuwe modellen te maken, gebruikte het team gegevens uit de Sloan Digital Sky Survey en het werk van de in Berlijn gevestigde kunstenaar Sage Jenson, wiens artistieke visualisaties gebaseerd zijn op een algoritme voor het simuleren van de groei van slijmzwam. De onderzoekers noemden het nieuwe algoritme de Monte Carlo Physarum Machine, aldus de verklaring.
Materie in het universum wordt gedistribueerd in een webachtig netwerk van intergalactische filamenten, gescheiden door enorme lege ruimtes. Sterrenstelsels vormen waar deze filamenten elkaar kruisen en de materie is het meest geconcentreerd. Deze filamenten, die zich uitstrekken tussen sterrenstelsels, zijn echter grotendeels onzichtbaar omdat ze bestaan uit donkere materie - een materiaal dat geen licht of energie afgeeft, maar goed is voor ongeveer 85% van de massa van het universum.
De onderzoekers testten het nieuwe algoritme met gegevens uit de Bolshoi-Planck-kosmologische simulatie. Deze simulatie, die is ontwikkeld door Joel Primack, natuurkundeprofessor aan UC Santa Cruz, wordt gebruikt om "halo's" van donkere materie - waarin zich melkwegstelsels vormen - en de filamenten die sterrenstelsels door het heelal verbinden te modelleren. De resultaten toonden aan dat de uitkomst van het nieuwe slijmzwamalgoritme nauw aansluit bij de simulatie van donkere materie, aldus de verklaring.
"Beginnend met 450.000 donkere materie-halo's, kunnen we bijna perfect passen bij de dichtheidsvelden in de kosmologische simulatie", zei Oskar Elek, co-auteur van de studie en postdoctoraal onderzoeker in computationele media aan UC Santa Cruz, in de verklaring.
De onderzoekers gebruikten ook gegevens van de Cosmic Origins Spectrograph van de Hubble-ruimtetelescoop, die wordt gebruikt om objecten te bestuderen die licht absorberen of uitzenden. Intergalactisch gas laat een kenmerkende absorptiesignatuur achter in het lichtspectrum dat er doorheen gaat, aldus de verklaring.
De Hubble-gegevens onthulden dus gassignaturen in de ruimte tussen sterrenstelsels. De gashandtekeningen waren sterker in het midden van filamenten, waar dichte opeenhopingen van materie nieuwe sterrenstelsels vormen, aldus de verklaring.
'Voor het eerst kunnen we nu de dichtheid van het intergalactische medium kwantificeren, van de afgelegen buitenwijken van kosmische webfilamenten tot de hete, dichte interieurs van sterrenstelselclusters', zei Burchett in de verklaring. "Deze resultaten bevestigen niet alleen de structuur van het kosmische web die voorspeld wordt door kosmologische modellen, ze geven ons ook een manier om ons begrip van de evolutie van sterrenstelsels te verbeteren door het te verbinden met de gasreservoirs waaruit sterrenstelsels ontstaan."
Daarom stelt het nieuwe algoritme op basis van slijmzwam astronomen in staat het kosmische web op grotere schaal te visualiseren. Hun bevindingen werden op 10 maart gepubliceerd in de Astrophysical Journal Letters.
- Neutrino's verstrikt in het kosmische web kunnen de structuur van het universum veranderen
- Ons groeiende universum: leeftijd, geschiedenis en andere feiten
- De ruimte wordt kleiner: een kleine satelliet groeit in een baan om de aarde
