藉助黏菌繪製宇宙大尺度結構?也許我們的宇宙就是個培養皿

2020-12-06 三體迷

近日，美國宇航局NASA公布了一項有趣新研究——天文學家基於黏菌（slime mold）的行為模式設計了一種計算機算法，用以繪製宇宙大尺度絲狀結構。

這是怎麼一回事呢？首先簡單介紹本項研究中的兩個主角，黏菌和宇宙大尺度絲狀結構。

黏菌是一種奇特的單細胞生物，它們雖然「無腦」，但又似乎頗具智能。在攝取食物的過程中，黏菌會以接近最優的方式連接不同位置，形成複雜的絲狀網絡。科學家曾經利用它們來模擬不同城市的運輸網絡構建。

宇宙大尺度絲狀結構指的是，在宇宙大尺度上暗物質呈複雜的絲狀網絡，將星系和星系團連接在一起。1985年，哈佛-史密森天體物理中心在進行紅移研究時，率先察覺到這種神奇結構的存在。在之後的大量研究中，宇宙大尺度絲狀結構逐漸露出神秘面紗。

然而，暗物質如鬼魅般無法被直接探測，因此宇宙大尺度絲狀結構是難以捉摸的。在理論上，宇宙大尺度絲狀結構與哈勃探測到的冷氣體之間存在關聯。研究小組在尋求一種將其可視化的方法時，將目光轉向了黏菌。

研究小組發現，黏菌通過構建複雜網絡攝取食物，與引力在塑造宇宙的過程中形成暗物質絲狀網絡，存在驚人相似。於是，他們基於黏菌的行為模式設計了一種算法，並用宇宙暗物質絲狀結構演化的計算機模型對其進行測試。

然後，他們將這一算法應用到斯隆數字巡天對3.7萬個星系的測繪數據中，並繪製出相應的宇宙大尺度絲狀結構三維分布圖，並取得頗為不錯的效果。他們還分析了哈勃觀測的350個遙遠類星體的紫外光數據。類星體就像宇宙深處的手電筒，「照亮」微弱的星際氣體，使研究人員得以將這些氣體與宇宙大尺度絲狀結構聯繫起來。

本項研究的首席研究員，加利福尼亞大學的約瑟夫·伯徹特（Joseph Burchett）表示：「你幾乎可以看到，特別是在斯隆數字巡天所探測的本地宇宙星系圖中，暗物質細絲的分布情況與黏菌模型非常符合。你知道那些地方理應存在的結構，現在突然就被計算機算法發現了。在我們的研究中，沒有其他已知的方法能很好地解決這個問題。」

想要設計出可靠的算法，在如此大規模的星系巡天調查中找到暗物質絲狀結構，是非常困難的。「所以，黏菌模型能夠在短短幾分鐘內給出一個非常接近的近似結果，真是太神奇了！」伯徹特感嘆道。他們的論文將發布在《天體物理學雜誌快報》上。

最後，隨手開個腦洞——黏菌的行為模式與宇宙大尺度絲狀結構的演化不謀而合，也許我們的宇宙就是個培養皿。嗯，我們是蟲子（手動狗頭）~

參考來源：

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/slime-mold-simulations-used-to-map-dark-matter-holding-universe-together

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