Un fong ajuda a cartografiar la matèria fosca de l’Univers

El comportament en la recerca d’aliment d’un organisme simple està ajudant els astrònoms a rastrejar la teranyina còsmica de l’Univers i la matèria fosca.

Aquesta detallada simulació per ordinador (sense relació directe amb l’estudi esmentat en aquest article) mostra la complexa estructura de la teranyina còsmica. Llargs filaments de matèria fosca (en blau) connecten nusos de galàxies i cúmuls de galàxies (en rosa), mentre que el gas (en taronja) penetra a tot arreu. Modelant i observant el teranyina còsmica , els investigadors obtenen visions sobre l’estructura i l’evolució de l’Univers primerenc.
(Imatge: col·laboració Illustris)

Un organisme unicel·lular sense cervell i amb problemes per trobar menjar està ajudant els astrònoms a estudiar l’estructura més gran i misteriosa de l’Univers: la teranyina còsmica .

La teranyina còsmica és una vasta xarxa de filaments interconnectats fets de matèria fosca i gas que forma la bastida que construeix tot l’Univers. Aquests filaments es poden estirar centenars de milions d’anys llum i connecten galàxies, cúmuls de galàxies i, fins i tot, supercúmuls de galàxies. No obstant això, donat que la teranyina còsmica és increïblement tènue i la matèria fosca que hi ha no interactua amb la llum, és molt difícil de cartografiar.

Per afrontar aquest repte, els investigadors de la Universitat de Santa Cruz de Califòrnia  van processar dades arxivades de més de 37.000 galàxies abans de traçar les seves posicions al cel. A continuació, van utilitzar un sofisticat algoritme per assenyalar els filaments invisibles de gas i matèria fosca entre aquestes galàxies per determinar com interaccionen entre elles, així com la manera que la teranyina còsmica influeix en la formació d’estrelles en aquestes galàxies.

Però no va ser un algoritme comú. En lloc d’això, els investigadors van utilitzar un model inspirat en el fong mucilaginós, específicament de l’espècie Physarum polycephalum.

Fong mucilaginós Physarum polycephalum
(Font/Autor: wikipedia.org / By HelenGinger – CC BY-SA 3.0)

Aquest algoritme imita el comportament en la recerca de menjar del fong, que envia tentacles o filaments de reconeixement per cercar aliments propers. Si un tentacle específic troba aliment, prospera, creant una forta connexió entre l’aliment i la resta de la colònia.

Així doncs, substituint galàxies individuals pels fongs en l’algoritme basat en la seva alimentació, els investigadors van poder generar un mapa en 3D que indica com es vinculen els filaments que connecten les galàxies de la teranyina còsmica .

Per cert, el gas entre les galàxies també actua com una mena de “menjar còsmic” que alimenta la formació d’estrelles. I un cop sabeu com es connecten els filaments còsmics a una galàxia, podeu aventurar una suposició sobre la taxa en què la galàxia està formant estrelles o no. Aquesta predicció es basa en la connexió o no d’una galàxia amb la teranyina còsmica, així com en l’estreta relació que tingui amb altres galàxies. Si la connexió és massa forta, corre el risc de no tenir oportunitat de formar estrelles; si és massa fluixa, pot no obtenir prou combustible.

Els investigadors van “sembrar” un algoritme, inspirat en el comportament en la recerca d’aliment del fong mucilaginós, amb les posicions d’unes 37.000 galàxies, on les galàxies servien com a “aliment”. Això els va ajudar a modelar i crear un mapa 3D de la la teranyina còsmica que connectés aquestes galàxies. A la imatge, les galàxies (o menjar) es mostren de color groc, mentre que la teranyina còsmica es mostra en morat.
(Font: NASA / ESA / J. Burchett i O. Elek (UC Santa Cruz)

Del fong a l’espai

La idea d’emprar un algoritme basat en fongs per a cartografiar la teranyina còsmica va venir del coautor Oskar Elek, un postdoctorand de mitjans informàtics computacionals de la UC Santa Cruz. Abans havia vist el treball dels algoritmes de fong mucilaginós, per la qual cosa va instar Joe Burchett  –un astrònom a UC Santa Cruz i autor principal del nou treball– a aplicar-lo al seu treball sobre la teranyina còsmica, l’estructura del qual es manté evasiva.

“En realitat em va enviar captures de pantalla de les dades adaptades a aquest algoritme”, afirma Burchett. “El que vaig veure era una mostra de la reconstrucció de la la teranyina còsmica que apel·lava molt, molt, molt més al meu sentit intuïtiu de com hauria de ser la teranyina còsmica que els models anteriors”.

No és la primera vegada que els científics han utilitzat fong mucilaginós per a cartografiar diverses estructures. El fong mucilaginós són experts fabricants de filaments, construint xarxes subterrànies complexes que els ajuden a buscar aliments i recursos. Aquests organismes unicel·lulars funcionen com una colònia gran que pot tenir fins a 0,3 metres de diàmetre. I, estranyament, les seves estructures filamentàries mostren una tendència a allò que es podria qualificar de resolució de problemes.

El fong mucilaginós és adepte a solucionar problemes pels “camins més curts”, com ara trobar la millor manera de teixir a través d’un laberint per localitzar els aliments amagats. S’havia anomenat abans “informàtica de fong mucilaginós” i fins i tot semblant a una intel·ligència rudimentària, tot i que òbviament comporta les seves pròpies preguntes “espinoses”.

“Pel fong mucilaginós, el món és una combinació de dos camps: gradients d’atractius (coses que vol) i gradients de repel·lents (cosa que evita)”, va escriure Andrew Adamatzky, professor en informàtica no convencional de la Universitat de West England en un correu electrònic. “El fong mucilaginós segueix simplement els gradients. Així és com calcula, per exemple, el camí més curt.”

“Revelats els filaments foscos de la teranyina còsmica” (vídeo en anglès)
Un enfoc amb ordinador inspirat en els patrons de creixement d’el fong mucilaginós ha permès a un equip d’astrònoms i informàtics de la UC Santa Cruz traçar els filaments de la teranyina còsmica que connecta galàxies a tot l’Univers.
(Font: Compte a YouTube d’ UC Santa Cruz)

En fer un seguiment de com l’algoritme del fong mucilaginós connectava galàxies separades, els investigadors van saber on buscar filaments de la teranyina còsmica en anteriors observacions arxivades. “Allà on vam veure un filament en el nostre model”, va dir Burchett en un comunicat, “els espectres proporcionats pel telescopi Hubble van mostrar un senyal de gas i el senyal era més fort cap al centre de filaments on el gas hauria de ser més dens.” Això vol dir que els investigadors no només van utilitzar l’algoritme per identificar eficaçment els llocs on es trobaven els filaments de la teranyina còsmica, sinó que també els van trobar.

“Per primera vegada, podem quantificar la densitat del medi intergalàctic des dels afores remots dels filaments de la teranyina còsmica fins als interiors càlids i densos dels cúmuls de galàxies”, va dir Burchett. “Aquests resultats no només confirmen l’estructura de la teranyina còsmica prevista pels models cosmològics, sinó que també ens proporcionen una manera de millorar la nostra comprensió de l’evolució de les galàxies connectant-la amb els dipòsits de gas dels quals es formen les galàxies”.

La nova investigació es va publicar el 10 de març a The  Astrophysical  Journal Letters.

(Autor/Font: John Wenz / astronomy.com)

Comparteix!

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Informació básica sobre protecció de dades:El responsable del processament és Agrupació Astronòmica de Terrassa. Les dades seran processades per gestionar i moderar els teus comentaris. La legitimació de processament és el consentiment de l'interessat. No es transferiran dades a tercers, llevat d'obligació legal. Teniu dret a accedir, rectificar i esborrar dades, així com altres drets, com s'explica a política de privadesa.