Wykorzystując algorytm śluzowca, astronomowie zmapowali kosmiczną sieć, poszerzając naszą wiedzę na temat ewolucji galaktyk. To przełomowe badanie zapewnia głębszy wgląd w to, jak duże struktury kosmiczne wpływają na galaktyki w czasie.
W 2010 roku przeprowadzony w Japonii eksperyment z wykorzystaniem śluzowca do odtworzenia tokijskiego systemu kolejowego doprowadził do opracowania koncepcji zwanej adaptacyjnym projektowaniem sieci inspirowanym biologią. Pomysł ten został później wykorzystany przez studenta studiów doktoranckich na Uniwersytecie Stanowym Nowego Meksyku. pracę magisterską mającą na celu udoskonalenie metod wykrywania najszerszych struktur wszechświata, znanych jako „kosmiczna sieć”.
Udoskonalanie algorytmów do badań astronomicznych
Pomiar gęstości środowiska galaktyk nie jest niczym nowym, ale artykuł „Filaments of the Slime Mold Cosmic Web and How They Affect Galaxy Evolution” opublikowany w sierpniowym wydaniu Dziennik astrofizycznyopisuje, jak Hasan zmienił jeden krok w istniejących ramach badawczych, łącząc je z nową metodą wykorzystującą algorytm oparty na modelu śluzowca.
„Nie wiedziałem, jak dobrze to zadziała, czy nie, ale miałem przeczucie, że metoda śluzowca może nam dostarczyć znacznie bardziej szczegółowych informacji na temat struktury gęstości we wszechświecie, więc postanowiłem spróbować ” powiedział Farhanul Hasan, główny autor artykułu, który następnie uzyskał doktorat z astronomii na NMSU. „Jak się okazało, pozwoliło to uzyskać znacznie bardziej szczegółowe struktury dyskretne niż stara metoda”.
Wgląd w ewolucję galaktyk
Asystent profesora astronomii NMSU, Joe Burchett, jest współautorem artykułu wraz z Hasanem i ośmioma innymi autorami. Burchett wprowadził metodę śluzowca do zastosowań astrofizycznych na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz w ramach stażu podoktorskiego. Z pomocą Burchetta Hasan posunął badania w NMSU o krok dalej.
„Szukaliśmy sposobu na wizualizację kosmicznej sieci, wielkoskalowej struktury Wszechświata, a w szczególności gazu, który przenika kosmiczną sieć” – powiedział Burchett. „Współpracując z ekspertem od renderowania grafiki, Oskarem Elkiem, natknęliśmy się na algorytm, który został zaprojektowany w celu naśladowania śluzowca i jego zdolności do znajdowania źródeł pożywienia poprzez przekształcenie się tak, aby przypominało kosmiczną sieć. To było inspiracją do wyruszenia w tę całą drogę. Pracujemy nad tym już od kilku lat. Praca Farhana wyniosła ją na nowy poziom, o jakim wtedy mogliśmy tylko marzyć”.
Wpływ struktur kosmicznych na rozwój galaktyk
Naukowcy wiedzą od lat osiemdziesiątych, że środowisko galaktyki wpływa na jej wzrost i ewolucję, ale dokładna natura tego powiązania jest nadal przedmiotem dyskusji. Badania Hasana pokazują, że na ewolucję galaktyk wpływa ich bliskość do gęstych struktur kosmicznych.
„Te włókna to autostrady wszechświata i tak jak autostrady wpływają na miasta w prawdziwym życiu, tak te włókna wpływają na galaktyki we wszechświecie na wiele różnych sposobów” – powiedział Hasan. „Ale inną rzeczą, którą chcę podkreślić, jest to, że to powiązanie całkowicie zależy od epoki wszechświata, na którą patrzysz”.
Badania Hasana wykazały, że wpływ na galaktyki uległ odwróceniu. We wcześniejszych czasach wzrost galaktyk był stymulowany bliskością większych struktur. Teraz galaktyki są utrudniane przez przebywanie w pobliżu tych większych struktur.
„Jednym z najważniejszych wniosków jest to, że jeśli potrafimy nakreślić mapę gazu wokół prawdziwego wszechświata w wielu różnych momentach, łatwiej jest zbudować spójny obraz” – powiedział Hasan. „Jeśli zbierzemy dane z wcześniejszych czasów, gdy wszystko wyglądało inaczej, i z późniejszych, możemy uzyskać fizyczny obraz dystrybucji tego gazu w dużych skalach i jak to rozmieszczenie wpływa na to, czy galaktyki rosną z ich powodu, czy też ich wzrost jest utrudniony. ”
„Mamy bardzo fundamentalne pytania dotyczące tego, w jaki sposób galaktyki faktycznie żyją i umierają” – powiedział Burchett. „Dane, które gromadzimy przez prawie sto lat, sugerują, że miejsce zamieszkania galaktyki ma ogromny wpływ na jej długość życia. Zasadniczo galaktykom trudniej jest przetrwać w „dużych miastach” wszechświata.
„To, co zrobił Farhanul, polegało na przyjrzeniu się najnowocześniejszym modelom powstawania i ewolucji galaktyk, jakie posiadamy, za pomocą wielkoskalowych symulacji komputerowych i próbie zrozumienia, w jaki sposób lokalne środowisko galaktyki i środowiska wielkoskalowe naprawdę wpływają na jej ewolucję .”
Przyszłe badania i zastosowania
Po uzyskaniu stopnia doktora. na NMSU Hasan rozpoczął we wrześniu staż podoktorski na Uniwersytecie im Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznychgdzie będzie kontynuował te badania. Co dalej? Zastosowanie swojej teorii do rzeczywistych danych z NASA’S Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Hasan planuje zaprezentować wyniki tej pracy za kilka lat.
„Wykorzystujemy to do danych obserwacyjnych, aby faktycznie odwzorować strukturę włóknistą w prawdziwym wszechświecie” – powiedział Hasan. „Wykorzystujemy dane z Hubble’a, które już pobrano, aby określić, w jaki sposób rozprowadzany jest gaz w tych włóknach. Może nam pomóc przetestować wiele teorii na temat powstawania galaktyk i struktur w wielu dużych skalach. To naprawdę zatacza całe koło.”
Odniesienie: „Włókna kosmicznej sieci śluzowej formy i ich wpływ na ewolucję galaktyki” autorstwa Farhanula Hasana, Josepha N. Burchetta, Douglasa Hellingera, Oskara Elka, Daisuke Nagai, SM Fabera, Joela R. Primacka, Davida C. Koo, Nira Mandelkera i Joanna Woo, 30 lipca 2024 r., Dziennik astrofizyczny.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad4ee2
