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Los mohos de baba nos ayudan a mapear el cosmos

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Los mohos de baba nos ayudan a mapear el cosmos 1



Las simulaciones y observaciones sugieren que si alejas lo suficiente, el universo se ve así.

Las simulaciones y observaciones sugieren que si alejas lo suficiente, el universo se ve así. (Volker Springel / Instituto Max Planck de Astrofísica / SPL /)

Los moldes de limo no piensan, pero pueden calcular. Los organismos unicelulares se defienden solos en tiempos de abundancia, pero cuando las cosas se ponen difíciles se unen en una criatura colectiva que se muestra exploración, aprendizajey memoria en su búsqueda de comida, no está mal para criaturas sin cerebro o sistema nervioso. Una variedad en particular, Physarum polycephalum, se ha convertido en un favorito de los investigadores en muchos campos, que han aprovechado su naturaleza pionera para analizar todo, desde caminos antiguos hasta compradores modernos. Ahora, los astrónomos han diseñado una versión digital del organismo para estudiar el cosmos mismo.

"No solo no son animales o plantas, ni siquiera son hongos. Son protistas, una forma de vida más simple ", dice Joseph Burchett, astrónomo de la Universidad de California, Santa Cruz, y coautor del nuevo estudio inspirado en el moho limo.

Y un algoritmo basado en esas formas de vida simples parece haber tenido éxito donde otras simulaciones por computadora se quedan cortas. Ha predicho la forma precisa de la intrincada red de hebras de materia en gran medida invisibles que los astrofísicos creen que abarca todo el universo, según una investigación publicada recientemente en Las cartas del diario astrofísico. Es probable que las observaciones anteriores hayan captado vislumbres estrechos de esta estructura evasiva, y algunas galaxias parecen rastrear filamentos obvios, pero este modelo de computadora, con la información del molde de limo, ha unido toda la evidencia disponible en un mapa unificado de nuestra red cósmica local para la primera vez, dice Burchett. Él espera que la simulación guíe a los astrónomos como él mientras buscan comprender cómo evolucionan las galaxias y por qué algunas eventualmente mueren.

Todas las estrellas que puedes ver a simple vista residen en nuestra galaxia, la Vía Láctea, pero eso es solo una pequeña parte de lo que hay ahí fuera. Las galaxias mismas se amontonan en hebras, que se unen para formar una "red cósmica" incomprensiblemente grande que presenta "filamentos" de materia separados por vastos vacíos de vacío.

Es difícil verlo todo porque somos muy pequeños en comparación (los humanos que intentan un mapa como este son algo así como las bacterias que intentan visualizar la Tierra, el sistema solar y los sistemas estelares cercanos). Pero los investigadores usan tres trucos para manejar la red cósmica.

Primero, los astrónomos han notado que las galaxias parecen estar organizadas aproximadamente en líneas, una tras otra. En segundo lugar, el telescopio espacial Hubble ha observado muchos quásares distantes (galaxias extremadamente brillantes) que se proyectan a través del espacio intergaláctico como reflectores. Y al medir cómo esos rayos se atenuaron a medida que viajaban, los investigadores pueden saber dónde corrieron los hilos de la red (que generalmente son rastreados por hidrógeno neutro) en el camino. Pero estos vislumbres son estrechos: Burchett los llama "brochetas de lápiz". Para tener una idea de toda la web, los investigadores recurren a una tercera herramienta: las simulaciones por computadora.

Estos programas se esfuerzan por imitar el desarrollo de todo el universo. Comienzan a partir de una suave sopa de partículas después del Big Bang: tanto la materia normal como la invisible "materia oscura" se presume que dominan tanto el universo antiguo como el moderno. Luego, a medida que la gravedad une ambos tipos de materia en grupos, el universo se expande, estirando esos grupos en filamentos de muchos tamaños y creando la red cósmica. Estos modelos predicen la estructura general, tanto las partes gruesas como las delgadas, pero como parten de una configuración aleatoria, no producen mapas que coincidan con el universo real con, digamos, la Vía Láctea aquí y la Galaxia de Andrómeda allá. Otros modelos construidos a partir de observaciones reales obtienen la cantidad de materia de red cerca de las galaxias correcta, dice Burchett, pero luchan por reproducir los filamentos finos más alejados. Él quería los dos.

Entra en el molde de limo. Burchett, que está interesado en cómo las corrientes de gas a lo largo de la red cósmica influyen en la formación de estrellas y galaxias, estaba luchando por encontrar un modelo que hiciera lo que necesitaba. Cuando un colega informático, Oskar Elek, sugirió que la obra de arte inspirada en el moho del artista alemán Sage Jenson Parecía sospechosamente similar a las conexiones económicas de la web, Burchett se mostró escéptico al principio. Pero después de que Elek modificó el código del molde de limo para "alimentarse" de galaxias dispersas en un espacio 3D (a diferencia de una placa de Petri plana), las similitudes fueron innegables. "Cuando me mostró los resultados, me quedé sin palabras", dice Burchett.

Así es como funciona: el modelo completo libera células de moho de limo virtual en un mapa de más de 37,000 galaxias reales (del Sloan Digital Sky Survey) que abarca un volumen de casi mil millones de años luz en aproximadamente 250 millones de años luz, con galaxias más grandes que representan montones más grandes de comida. A medida que los organismos buscan las formas más eficientes para llegar a las diversas fiestas, establecen senderos que, según los investigadores, trazan la verdadera red cósmica. A primera vista, el modelo parecía producir la estructura correcta con filamentos que abarcaban el rango de tamaños asumido, pero no era suficiente solo parecer plausible.

La estructura similar a una red de nuestro universo, según lo predicho por las hambrientas células virtuales de moho del limo.

La estructura similar a una red de nuestro universo, según lo predicho por las hambrientas células virtuales de moho del limo. (Burchett et al., ApJL, 2020 /)

Para poner a prueba el mapa, lo compararon con un universo falso generado digitalmente. Ejecutaron un modelo cosmológico tradicional desde el Big Bang hasta la actualidad para obtener una red cósmica completa con un patrón realista de materia oscura y galaxias. Luego tiraron la materia oscura y alimentaron su molde de limo solo con las galaxias visibles. Después de que el frenesí de alimentación virtual disminuyó, el moho de limo logró rastrear casi perfectamente el patrón de telaraña de la materia oscura desechada, hebras gruesas y filamentos tenues por igual, tanto cerca de grandes galaxias como a lo lejos.

Convencidos de que el modelo de molde de limo sabía cómo encontrar la estructura invisible de la red, el equipo se propuso unir las tres líneas de evidencia. Regresaron a su mapa digital generado del real universo, basado en las ubicaciones reales de galaxias visibles vistas por el Sloan Digital Sky Survey, y lo comparó con los "atisbos" de la red de Hubble.

Descubrieron que todo coincidía en gran medida. Donde el mapa de moho del limo predijo el vacío, Hubble vio muy poco gas de hidrógeno neutro. Donde el mapa de moho del limo predijo hilos finos de telaraña, Hubble vio concentraciones medias de gas hidrógeno. Los astrónomos han asumido durante mucho tiempo que el gas de hidrógeno en el espacio intergaláctico traza la red, y "esta es la primera asociación concluyente" de los dos, según Burchett.

Sin embargo, donde el molde de limo se encuentra más grueso, el Hubble detectó una gota de gas de hidrógeno neutro. O el algoritmo no pudo detectar la web en sus puntos más fuertes, o tuvo éxito y estos puntos críticos son más difíciles de ver para Hubble. Burchett está apostando por lo último. Él dice que la red se ha vuelto más gruesa en la encrucijada cósmica violenta, donde las galaxias colisionantes envían ondas de choque y los agujeros negros supermasivos arrojan energía al abismo. En estas áreas, la actividad caótica desgarra el gas hidrógeno y el Hubble es ciego a este detrito.

Eventualmente, espera que el mapa de moho limo ayude a resolver controversias de larga data, como si la red cósmica contribuye a la formación de galaxias. Para hacer una estrella, necesitas un gas relativamente inmóvil para que la gravedad lo junte. El gas podría fluir demasiado rápido en hebras más gruesas, zumbando en lugar de acumularse para formar estrellas, por lo que las galaxias en el medio de esas hebras podrían extinguirse relativamente rápido. "Este (mapa) ahora ofrece un camino hacia adelante para estudiar las galaxias y sus depósitos de gas desde la perspectiva de los ecosistemas", dice Burchett.

Pero se necesitarán más observaciones para verificar que el mapa realmente representa lo que los investigadores esperan que haga. Nuevos telescopios en línea durante la próxima década, como el Observatorio Simons en Chile (primera luz esperado en 2021) o la Atenea El satélite de rayos X (programado para su lanzamiento en 2031) ayudará a ver hasta dónde se extiende realmente la sabiduría del molde de limo.

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