ब्रह्मांड में पदार्थ समान रूप से वितरित नहीं है। यह सुपर-क्लस्टर्स और पदार्थ के तंतुओं का प्रभुत्व है जो उन्हें एक साथ स्ट्रिंग करते हैं, जो विशाल रिक्तियों से घिरा हुआ है। गैलेक्सी सुपर-क्लस्टर पदानुक्रम में सबसे ऊपर हैं। उनके अंदर बाकी सब कुछ है: आकाशगंगा समूह और समूह, अलग-अलग आकाशगंगाएं और सौर मंडल। इस पदानुक्रमित संरचना को 'कॉस्मिक वेब' कहा जाता है।
लेकिन ब्रह्मांड ने यह रूप कैसे और क्यों लिया?
यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया सांताक्रूज के खगोलविदों और कंप्यूटर वैज्ञानिकों की एक टीम ने इसका पता लगाने के लिए एक दिलचस्प तरीका अपनाया। उन्होंने स्लाइम मोल्ड्स के विकास पैटर्न के आधार पर एक कंप्यूटर मॉडल का निर्माण किया। यह पहली बार नहीं है कि कीचड़ के सांचों ने प्रकृति में अन्य पैटर्न को समझाने में मदद की है।
टीम ने अपने परिणामों को रेखांकित करते हुए एक अध्ययन प्रकाशित किया है जिसका शीर्षक है ' कॉस्मिक वेब के डार्क थ्रेड्स का खुलासा। 'मुख्य लेखक जोसेफ बर्चेट हैं, जो यूसी सांताक्रूज में खगोल विज्ञान और खगोल भौतिकी में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता हैं। अध्ययन में प्रकाशित किया गया था द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्स .
आधुनिक ब्रह्माण्ड संबंधी सिद्धांत भविष्यवाणी करता है कि पदार्थ इन सुपर-क्लस्टर्स और फिलामेंट्स का आकार ले लेगा, और विशाल रिक्तियां जो उन्हें अलग करती हैं। लेकिन 1980 के दशक तक, वैज्ञानिकों ने सोचा था कि आकाशगंगा समूह सबसे बड़ी संरचना थे, और उन्होंने यह भी सोचा कि उन समूहों को पूरे ब्रह्मांड में समान रूप से वितरित किया गया था।
एक विस्तारित ब्रह्मांड में गुरुत्वाकर्षण का अनुकरण। बाईं ओर प्रारंभिक ब्रह्मांड है, जिसमें पदार्थ समान रूप से फैला हुआ है। समय के साथ, मामला आपस में टकरा गया। दाईं ओर ब्रह्मांड की वर्तमान बड़े पैमाने की संरचना है, जिसमें स्पष्ट सुपर-क्लस्टर, तंतु और रिक्तियां हैं। छवि क्रेडिट: एंड्री क्रावत्सोव, अनातोली क्लाइपिन, सुपरकंप्यूटर अनुप्रयोगों के लिए राष्ट्रीय केंद्र।
तब सुपर-क्लस्टर्स की खोज की गई थी। फिर क्वासर के समूह। इस पर संरचनाओं और रिक्तियों की अधिक से अधिक खोजों के साथ चला गया। फिर आया स्लोअन डिजिटल स्काई सर्वे और ब्रह्मांड का एक विशाल 3D मानचित्र, और अन्य प्रयास जैसे मिलेनियम सिमुलेशन .
इन सभी सुपर-क्लस्टरों और आकाशगंगाओं के समूहों को जोड़ने वाले पदार्थ के तंतु देखना मुश्किल है। अधिकांश भाग के लिए, यह सिर्फ हाइड्रोजन फैलाना है। लेकिन खगोलविद इसकी एक झलक पाने में कामयाब रहे हैं।
दर्ज करें चिपचिपी मिट्टी . कीचड़ के सांचे एकल-कोशिका वाले जीव होते हैं जो एकल कोशिकाओं के रूप में पूरी तरह से ठीक रहते हैं, लेकिन स्वायत्त रूप से समग्र बहु-सेलुलर संरचनाएं भी बनाते हैं। जब भोजन प्रचुर मात्रा में होता है तो वे अकेले कार्य करते हैं, लेकिन जब भोजन अधिक दुर्लभ होता है, तो वे एक साथ बंध जाते हैं। सामूहिक अवस्था में वे रसायनों का पता लगाने, भोजन खोजने में बेहतर होते हैं, और यहां तक कि बीजाणु पैदा करने वाले डंठल भी बना सकते हैं।
कीचड़ के सांचे उल्लेखनीय जीव हैं, और वैज्ञानिकों को 'इष्टतम वितरण नेटवर्क बनाने और कम्प्यूटेशनल रूप से कठिन स्थानिक संगठन की समस्याओं को हल करने' के लिए प्राणी की क्षमता से हैरान और अंतर्ग्रही किया गया है। प्रेस विज्ञप्ति कहते हैं। 2018 में, जापानी वैज्ञानिकों ने बताया कि एक कीचड़ का साँचा दोहराने में सक्षम था टोक्यो की रेल प्रणाली का लेआउट .
ओस्कर एलेक यू ऑफ सी, सांताक्रूज में कम्प्यूटेशनल मीडिया में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता हैं। उन्होंने लेखक जोसेफ बर्चेट का नेतृत्व करने का सुझाव दिया कि कीचड़ के सांचे पदार्थ के ब्रह्मांडीय वितरण की नकल करने में सक्षम हो सकते हैं और इसे देखने का एक तरीका प्रदान कर सकते हैं।
बुर्चेट शुरू में उलझन में था।
'यह एक यूरेका पल की तरह था, और मुझे विश्वास हो गया कि स्लाइम मोल्ड मॉडल हमारे लिए आगे का रास्ता था।'
जोसेफ बुर्चेट, प्रमुख लेखक। यू ऑफ सी, सांताक्रूज।
से 2-डी प्रेरणा पर आरेखण कला की दुनिया , Elek और एक अन्य प्रोग्रामर ने स्लाइम मोल्ड व्यवहार का एक 3-D एल्गोरिथम बनाया जिसे वे मोंटे कार्लो Physarum मशीन कहते हैं। फिजरुम सभी में उपयोग किया जाने वाला एक मॉडल जीव है अनुसंधान के प्रकार .
भोजन के लिए पर्यावरण की पड़ताल करते हुए आपस में जुड़ी हुई नलियों का एक नेटवर्क विकसित करता है। (फोटो क्रेडिट: फ्रेंकस्टोन/ सीसी बाय )
बर्चेट ने स्लोअन डिजिटल स्काई सर्वे से Elek डेटा देने का फैसला किया जिसमें 37,000 आकाशगंगाएँ और अंतरिक्ष में उनका वितरण शामिल था। जब उन्होंने स्लाइम मोल्ड एल्गोरिथम चलाया, तो परिणाम 'ब्रह्मांडीय वेब का एक बहुत ही ठोस प्रतिनिधित्व' था।
'यह एक यूरेका पल की तरह था, और मुझे विश्वास हो गया कि स्लाइम मोल्ड मॉडल हमारे लिए आगे का रास्ता था,' बुर्चेट ने कहा। 'यह कुछ हद तक संयोग है कि यह काम करता है, लेकिन पूरी तरह से नहीं। एक स्लाइम मोल्ड एक अनुकूलित परिवहन नेटवर्क बनाता है, जो खाद्य स्रोतों को जोड़ने के लिए सबसे कुशल मार्ग ढूंढता है। ब्रह्मांडीय वेब में, संरचना का विकास ऐसे नेटवर्क उत्पन्न करता है जो एक अर्थ में इष्टतम भी हैं। अंतर्निहित प्रक्रियाएं अलग हैं, लेकिन वे गणितीय संरचनाएं उत्पन्न करती हैं जो समान हैं।'
स्लोअन डिजिटल स्काई सर्वे (SDSS) से 37,662 आकाशगंगाओं का उपयोग करते हुए मोंटे कार्लो Physarum Machine (MCPM) ब्रह्मांडीय वेब पुनर्निर्माण। नीचे के साथ तीन अलग-अलग क्षेत्र हैं जो अंतर्निहित एसडीएसएस आकाशगंगाओं (जी) और आरोपित एमसीपीएम फिलामेंट घनत्व क्षेत्र (जी + एफ) दिखा रहे हैं। छवि क्रेडिट: बर्चेट एट अल 2020।
लेकिन भले ही यह सम्मोहक हो, कीचड़ का साँचा बड़े पैमाने की संरचना का सिर्फ एक दृश्य प्रतिनिधित्व था। टीम यहीं नहीं रुकी। उन्होंने एल्गोरिथ्म को परिष्कृत किया और अपने मॉडल को मान्य करने के लिए अतिरिक्त परीक्षण किए।
यहीं से डार्क मैटर कहानी में प्रवेश करता है। एक तरह से ब्रह्मांड की विशाल संरचना डार्क मैटर का बड़े पैमाने पर वितरण है। आकाशगंगाएं डार्क मैटर के विशाल प्रभामंडल में बनती हैं, जिसमें लंबी फिलामेंटल संरचनाएं उन्हें जोड़ती हैं। डार्क मैटर में ब्रह्मांड में लगभग 85% पदार्थ शामिल हैं, और सभी डार्क मैटर का गुरुत्वाकर्षण खिंचाव 'नियमित' पदार्थ के वितरण को आकार देता है।
शोधकर्ताओं की टीम ने दूसरे से डार्क मैटर हेलो की एक सूची प्राप्त की वैज्ञानिक अनुकरण . फिर उन्होंने उस डेटा के साथ अपने कीचड़-मोल्ड आधारित एल्गोरिदम को चलाया, यह देखने के लिए कि क्या यह उन सभी हेलो को जोड़ने वाले फिलामेंट्स के नेटवर्क को दोहरा सकता है। परिणाम मूल सिमुलेशन के साथ एक बहुत ही कड़ा संबंध था।
'450,000 डार्क मैटर हेलो के साथ शुरू करके, हम कॉस्मोलॉजिकल सिमुलेशन में घनत्व क्षेत्रों के लिए लगभग सही फिट हो सकते हैं,' एलेक ने कहा प्रेस विज्ञप्ति .
कागज से आईजीएम संक्रमण क्षेत्र का विस्तृत निरीक्षण। ऊपर बाईं ओर एक हीट मैप विज़ुअलाइज़ेशन है जो MCPM के एक स्लाइस से SDSS आकाशगंगा के नमूने में फिट होता है। दाईं ओर उसी का एक रेडशिफ्ट टुकड़ा है। इंटरगैलेक्टिक माध्यम में नीचे तीन घनत्व श्रेणियों पर प्रकाश डाला गया है, जिसमें हेलो, संक्रमण क्षेत्र और सभी लेबल वाले आंतरिक फिलामेंट्स हैं। छवि क्रेडिट: बर्चेट एट अल 2020।
कीचड़ मोल्ड एल्गोरिदम ने फिलामेंटल नेटवर्क को दोहराया, और शोधकर्ताओं ने उन परिणामों का उपयोग अपने एल्गोरिदम को और बेहतर बनाने के लिए किया।
उस समय, टीम के पास बड़े पैमाने की संरचना की संरचना और सब कुछ जोड़ने वाले ब्रह्मांडीय वेब की भविष्यवाणी थी। अगला कदम इसकी तुलना अवलोकन संबंधी डेटा के एक अलग सेट से करना था। इसके लिए वे आदरणीय हबल स्पेस टेलीस्कोप के पास गए। वह दूरबीन कॉस्मिक ऑरिजिंस स्पेक्ट्रोग्राफ (COS) ब्रह्मांड की बड़े पैमाने की संरचना का अध्ययन करता है स्पेक्ट्रोस्कोपी इंटरगैलेक्टिक गैस की। वह गैस स्वयं का कोई प्रकाश उत्सर्जित नहीं करती है, इसलिए स्पेक्ट्रोस्कोपी महत्वपूर्ण है। गैस पर ध्यान केंद्रित करने के बजाय, सीओएस गैस के माध्यम से गुजरने के दौरान दूर के क्वासर से प्रकाश का अध्ययन करता है, और इंटरगैलेक्टिक गैस उस प्रकाश को कैसे प्रभावित करती है।
'हम जानते थे कि ब्रह्मांडीय वेब के फिलामेंट्स को कीचड़ के सांचे के लिए धन्यवाद देना चाहिए, इसलिए हम क्वासर के लिए संग्रहीत हबल स्पेक्ट्रा में जा सकते हैं जो उस स्थान की जांच करते हैं और गैस के हस्ताक्षर की तलाश करते हैं,' बुर्चेट ने समझाया। 'जहां भी हमने अपने मॉडल में एक फिलामेंट देखा, हबल स्पेक्ट्रा ने एक गैस सिग्नल दिखाया, और सिग्नल फिलामेंट्स के बीच की ओर मजबूत हो गया जहां गैस सघन होनी चाहिए।'
यह एक और यूरेका के लिए कहता है।
जोन्स के मैक्स-पीएम मॉडल के साथ हमारे एमसीपीएम मॉडल की तुलना, बीपी डेटा सेट से 30 एमपीसी स्लाइस में एक और बड़े पैमाने पर सिमुलेशन। मान लीजिए और मध्य अध्ययन से हैं, तुलना के लिए दाएं दूसरे मॉडल से हैं। बाएं से दाएं की बढ़ती तीक्ष्णता नहीं जहां संरचनात्मक जटिलता के लिए फिलामेंट प्रजनन का कारोबार किया जाता है। छवि क्रेडिट: बर्चेट एट अल 2020।
'पहली बार, हम ब्रह्मांडीय वेब फिलामेंट्स के दूरस्थ बाहरी इलाके से आकाशगंगा समूहों के गर्म, घने अंदरूनी हिस्सों तक अंतरिक्ष माध्यम के घनत्व को माप सकते हैं,' बुर्चेट ने कहा। 'ये परिणाम न केवल ब्रह्माण्ड संबंधी मॉडल द्वारा भविष्यवाणी किए गए ब्रह्मांडीय वेब की संरचना की पुष्टि करते हैं, वे हमें आकाशगंगा के विकास के बारे में हमारी समझ को बेहतर बनाने का एक तरीका भी देते हैं, जिससे इसे गैस जलाशयों से जोड़कर आकाशगंगाएं बनती हैं।'
यह अध्ययन दिखाता है कि क्या हासिल किया जा सकता है जब विभिन्न शोधकर्ता अपने साइलो से बाहर आते हैं और विभिन्न विषयों के माध्यम से सहयोग करते हैं। ब्रह्मांड विज्ञान, खगोल विज्ञान, कंप्यूटर प्रोग्रामिंग, जीव विज्ञान और यहां तक कि कला, सभी ने इस सबसे दिलचस्प परिणाम में योगदान दिया।
यूसीएससी क्रिएटिव कोडिंग लैब के सह-लेखक एंगस फोर्ब्स ने कहा, 'मुझे लगता है कि जब आप कला को वैज्ञानिक अनुसंधान में एकीकृत करते हैं तो वास्तविक अवसर हो सकते हैं।' 'मॉडलिंग और डेटा विज़ुअलाइज़ करने के लिए रचनात्मक दृष्टिकोण नए दृष्टिकोणों को जन्म दे सकते हैं जो हमें जटिल प्रणालियों की समझ बनाने में मदद करते हैं।'