Плесень на темной материи

Самая крупная из наблюдаемых структур Вселенной представляет собой сеть, слабо различимые нити которой длиною в сотни миллионов световых лет (астрономы называют их филаментами) связывают расположенные в узлах галактики и их кластеры. Эта сеть показывает, как расположены границы между большими пустотами, войдами, Вселенной. Предполагается, что скелет филаментов состоит из невидимого темного вещества и межзвездного газа, главным образом водорода.

Одноклеточная плесень Physarum polycephalum в поисках пищи также организуется в нитевидную сеть. Двигаясь от одного источника пищи к другому, плесень находит оптимальные, по ее мнению, пути их соединения. Десять лет назад биологи разработали алгоритм, позволяющий рассчитать траекторию распространения плесени. А теперь оказалось, что сети, созданные биологической системой и силой гравитации, удивительно похожи. Поэтому астрофизики заложили идеологию «плесневого» алгоритма в компьютерную программу, в которой при старте от выбранного узла задаются вероятности его соединения с окрестными узлами и налагается условие максимизации числа пройденных узлов — аналог количества съеденной пищи. Методом Монте-Карло программа рассчитывает наиболее вероятные пути перемещения от стартовой точки и считает их искомыми нитями. Так была построена трехмерная модель-карта расположения филаментов в нашей области Вселенной — до ста миллионов световых лет в радиусе от Земли. За ее узлы взяты 37 тысяч расположенных там галактик.

Для выявления филаментов авторы статьи проанализировали свет от 350 квазаров из каталога Хаббла. Межзвездный водород этот свет ослабляет, причем тем сильнее, чем выше плотность газа. Предположительно, в нитях водорода должно быть больше, чем в окружающем их пространстве, но пока это никому не удавалось увидеть. Теперь же, сопоставляя данные об интенсивности света и результаты расчета по «плесневелому» алгоритму, удалось подтвердить, что нити действительно существуют там, где предсказала модель, и даже установить плотность водорода вдоль них.

Так выглядит крупномасштабная структура Вселенной. Слева на врезках — просто увеличенный кусок(фото4в) карты, справа — с добавленными филаментами, полученными в результате расчета

(The Astrophysical Journal, 2020, 891, 2)