史萊姆黴菌幫助天文學家繪製宇宙暗物質圖

一個簡單生物的覓食行為正在幫助天文學家追蹤宇宙中廣闊的宇宙網，暗物質及所有事物 。

這張詳細的計算機模擬快照（與本研究無關）顯示了宇宙網的複雜結構。暗物質（藍色）的長絲連接著星系和星系團（粉紅色）的結，而氣體（橙色）則遍及整個。通過建模和觀察宇宙網，研究人員正在獲得對早期宇宙的結構和演化的見識。

一個無腦的單細胞有機體，擁有尋找食物的訣竅，正在幫助天文學家研究宇宙中最大，最神秘的結構-宇宙網。但是首先，事情可能會變得有些泥濘。

宇宙網是由暗物質和氣體製成的相互連接的長絲組成的龐大網絡，形成了整個宇宙的基礎。這些細絲可以伸展數億光年，並且它們將星系，星系團甚至是超星系團連接在一起。但是，由於宇宙網非常暗淡-且其中的暗物質不會與光相互作用-映射非常困難。

為了應對這一挑戰，加利福尼亞大學聖克魯斯分校的研究人員篩選了37,000多個星系的存檔數據，然後繪製了它們在天空中的位置。然後，他們使用一種複雜的算法來繪製出這些星系之間看不見的氣體和暗物質細絲，以確定它們之間如何相互作用，以及宇宙網如何影響這些星系中的恆星形成。

但這不是您的平均算法。相反，研究人員使用的是受黏液黴菌啟發的模型，特別是多頭絨泡菌。

該算法模仿了黴菌的覓食行為，該行為會發出偵察黴菌的卷鬚來尋找附近的食物。如果某個特定的黴菌線絆倒在食物上，它會蓬勃發展，從而在食物和其他殖民地之間建立牢固的聯繫。

因此，通過將單個星系替換為基於模具的算法的「食物」，研究人員能夠生成3D地圖，該地圖指示宇宙網的連接星系的細絲如何纏繞在一起。

順便說一句，星系之間的氣體也充當一種「宇宙食物」，助長恆星的形成。而且，一旦您知道宇宙網狀長絲是如何與星系連接的，您就可以猜測星系形成或不形成恆星的速率。這樣的預測是基於一個星系是否連接到宇宙網上，以及它與其他星系的緊密結合程度。如果連接太牢固，則可能會失去形成恆星的機會。太鬆散，無法獲得足夠的燃料。

研究人員播種了一種算法，該算法受黏液黴菌覓食行為的啟發，在大約37,000個星系中處於位置，這些星系被用作「食物」。這幫助他們建模並創建了連接這些星系的宇宙網的3D地圖。在上方，星系（或食物）以黃色顯示，而宇宙網以紫色顯示。

從黏液到太空

使用基於黏液的算法映射宇宙網絡的想法來自加州大學聖克魯斯分校的計算媒體博士後Oskar Elek。他以前曾看過黏液模算法的工作，因此他敦促喬·伯切特（UC Santa Cruz的天文學家，新論文的主要作者）將其應用於他在宇宙網上的工作，宇宙的結構仍然難以捉摸。

「實際上，他向我發送了符合此最終算法的數據的屏幕截圖，」伯切特說。「我所看到的是宇宙網重構的痕跡，這對我對宇宙網的外觀（與以前的模型相比）的直觀感覺非常吸引人。」

這不是科學家第一次使用黏液模具繪製各種結構的圖。黏液黴菌是專業的長絲製造商，可以構建複雜的地下網絡來幫助他們尋找食物和資源。這些單細胞生物是一個大菌落，直徑可達1英尺（0.3米）。奇怪的是，它們的絲狀結構顯示出可以解決問題的傾向。

黏液黴菌擅長解決「最短路徑」問題，例如找到通過迷宮編織以找到隱藏在其中的食物的最佳方法。以前它被稱為「史萊姆模具計算」，甚至比喻為基本智力，儘管這顯然帶有自己棘手的問題子集。

西英格蘭大學非常規計算教授安德魯·亞當瑪茲基（Andrew Adamatzky）寫道：「對於黏液黴菌而言，世界是兩個領域的結合：引誘劑（它想要的東西）的梯度和驅避劑（它要避免的東西）的梯度，」西英格蘭大學非常規計算教授安德魯一封電郵。黏液模具僅遵循梯度。例如，這就是它計算最短路徑的方式。」

通過追蹤黏液黴菌算法如何連接獨立的星系，研究人員知道了在存檔觀測中要在哪裡尋找宇宙網狀長絲。Burchett在一份聲明中說：「無論在模型中何時看到細絲，哈勃光譜都會顯示出氣體信號，並且該信號朝著細絲的中央變得更強，在此氣體應更緻密。」 這意味著研究人員不僅使用該算法來有效查明宇宙網的螺紋應在哪裡，而且還可以實際找到它們。

伯切特說：「現在，我們首次可以量化從宇宙網絲的遙遠郊區到星系團團團的高溫密集內部的星際介質的密度。」 「這些結果不僅證實了由宇宙學模型預測的宇宙網的結構，而且還為我們提供了一種方法，通過將其與形成星系的儲氣層聯繫起來，可以增進我們對星系演化的理解。」

這項新研究於3月10日發表在《天體物理學雜誌快報》上。

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