Utilizadas simulaciones de moho del limo para mapear materia oscura que mantiene unido el Universo.

El comportamiento de una de las criaturas más humildes de la naturaleza está ayudando a los astrónomos a explorar las estructuras más grandes del Universo.

El organismo unicelular, conocido como moho del limo (Physarum polycephalum), construye redes filamentosas complejas en busca de alimento, encontrando vías casi óptimas para conectar diferentes ubicaciones. Al dar forma al Universo, la gravedad construye una vasta estructura de filamentos de telarañas que unen galaxias y cúmulos de galaxias a lo largo de débiles puentes de cientos de millones de años luz. Hay una extraña semejanza entre las dos redes: una creada por la evolución biológica y la otra por la fuerza de gravedad primordial.

La red cósmica es la columna vertebral a gran escala del cosmos, que consiste principalmente en la misteriosa sustancia conocida como materia oscura sobre la que unida con gas, se construyen las galaxias. La materia oscura no se puede ver, pero constituye la mayor parte del material del Universo. La existencia de una estructura similar a una red en el Universo se insinuó por primera vez en la Encuesta Redshift de 1985 realizada en el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica. Desde esos estudios, la gran escala de esta estructura filamentosa ha crecido en estudios posteriores del firmamento. Los filamentos forman los límites entre grandes vacíos en el Universo.

Pero los astrónomos han tenido dificultades para encontrar estos escurridizos hilos, porque el gas es tan oscuro que es difícil de detectar. Ahora, un equipo de investigadores ha recurrido al moho del limo para ayudarlos a construir un mapa de los filamentos en el Universo local (a menos de 500 millones de años luz de la Tierra) y encontrar el gas dentro de ellos.

Diseñaron un algoritmo informático, inspirado en el comportamiento del moho del limo, y lo probaron en una simulación por ordenador del crecimiento de filamentos de materia oscura en el Universo. Un algoritmo de ordenador es similar a una receta que le dice al ordenador exactamente qué pasos tomar para resolver un problema.

Luego, los investigadores aplicaron el algoritmo del molde del limo a los datos que contienen las ubicaciones de 37,000 galaxias mapeadas por el Sloan Digital Sky Survey a distancias correspondientes de 300 millones de años luz. El algoritmo produjo un mapa tridimensional de la estructura web cósmica subyacente.

Luego analizaron la luz ultravioleta de 350 quásares (a distancias mucho más lejanas, a miles de millones de años luz) catalogada en el Archivo del Legado Espectroscópico Hubble, que contiene los datos de los espectrógrafos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA. Estas lejanas linternas cósmicas son los brillantes núcleos de galaxias activas alimentadas por agujeros negros, cuya luz brilla a través del espacio y a través de la red cósmica en primer plano. Impreso en esa luz estaba la firma reveladora de absorción de gas de hidrógeno no detectado de otra manera que el equipo analizó en puntos específicos a lo largo de los filamentos. Estas ubicaciones objetivo están lejos de las galaxias, lo que permitió al equipo de investigación vincular el gas a la estructura a gran escala del Universo.


Los astrónomos se han vuelto creativos al tratar de rastrear la elusiva red cósmica, la columna vertebral a gran escala del cosmos. Los investigadores recurrieron al moho del limo, un organismo unicelular que se encuentra en la Tierra, para ayudarlos a construir un mapa de los filamentos en el Universo local (a menos de 500 millones de años luz de la Tierra) y encontrar el gas dentro de ellos. Los investigadores diseñaron un algoritmo informático inspirado en el comportamiento del organismo y lo aplicaron a los datos que contienen las posiciones de 37,000 galaxias (“alimento” para el molde de limo) mapeadas por el Sloan Digital Sky Survey. El algoritmo produjo un mapa tridimensional de la intrincada red filamentosa de la red cósmica subyacente, la estructura púrpura de la imagen. Los tres conjuntos de cajas insertadas muestran algunas de esas galaxias individuales que fueron “alimentadas” al molde de limo y la estructura filamentosa que las conecta. Las galaxias están representadas por los puntos amarillos en tres de las imágenes insertadas. Al lado de cada instantánea de la galaxia hay una imagen de las galaxias con los hilos de conexión de la red cósmica (púrpura) superpuestos en ellas.
Créditos: NASA, ESA y J. Burchett y O. Elek (UC Santa Cruz)

“Es realmente fascinante que una de las formas de vida más simples realmente permita conocer las estructuras de mayor escala en el Universo”, dijo el investigador principal Joseph Burchett, de la Universidad de California (UC), Santa Cruz. “Al utilizar la simulación del molde del limo para encontrar la ubicación de los filamentos de la red cósmica, incluidos los que están lejos de las galaxias, podríamos utilizar los datos de archivo del Telescopio Espacial Hubble para detectar y determinar la densidad del gas frío en las afueras de esos filamentos invisibles. Los científicos han detectado las firmas de este gas durante varias décadas, y hemos demostrado la expectativa teórica de que este gas comprende la red cósmica”.

El estudio valida aún más la investigación de que las regiones más densas de gas intergaláctico están organizadas en filamentos que el equipo encontró que se extienden a más de 10 millones de años luz de las galaxias. (Esa distancia es más de 100 veces el diámetro de nuestra galaxia, la Vía Láctea).

Los investigadores recurrieron a simulaciones de moho del limo cuando buscaban una forma de visualizar la conexión teorizada entre la estructura de la red cósmica y el gas frío detectado en estudios espectroscópicos anteriores de Hubble.

Luego, el miembro del equipo Oskar Elek, un científico de medios informáticos de la UC Santa Cruz, descubrió en línea el trabajo de Sage Jenson, un artista de medios con sede en Berlín. Entre las obras de Jenson se encontraban fascinantes visualizaciones artísticas que mostraban el crecimiento de una red de estructuras de búsqueda de alimentos en forma de tentáculo. El arte de Jenson se basó en investigaciones científicas externas, que detallaron un algoritmo para simular el crecimiento del moho del limo.

El equipo de investigación observó una sorprendente similitud entre cómo el molde de limo construye filamentos complejos para capturar nuevos alimentos, y cómo la gravedad, al dar forma al Universo, construye los hilos de la red cósmica entre galaxias y cúmulos de galaxias.

Sobre la base de la simulación, Elek desarrolló un modelo informático tridimensional de la acumulación de moho del limo para estimar la ubicación de la estructura filamentosa de la red cósmica.

Si bien el uso de una simulación inspirada en el moho del limo para identificar las estructuras más grandes del Universo puede sonar extraño al principio, los científicos han utilizado modelos informáticos de estos humildes microorganismos, y los han cultivado en placas de Petri en un laboratorio, para resolver problemas tan complejos como encontrar Las rutas de tráfico más eficientes en las grandes ciudades, resolviendo laberintos y señalando rutas de evacuación de multitudes. “Estos son problemas difíciles de resolver para un humano, y mucho menos un algoritmo informático”, dijo Elek.

“Casi se puede ver, especialmente en el mapa de galaxias en el Universo local a partir de los datos de Sloan, donde deberían estar los filamentos”, explicó Burchett. “El modelo de molde del limo se ajusta a esa intuición de manera impresionante. La estructura que usted sabe que debe estar allí es encontrada de repente por el algoritmo informático. No había otro método conocido que se adaptara bien a este problema para nuestra investigación”.

Los investigadores dicen que es muy difícil diseñar un algoritmo confiable para encontrar los filamentos en un estudio tan grande de galaxias. “Así que es bastante sorprendente ver que el moho del limo virtual te brinda una aproximación muy cercana en solo minutos”, explicó Elek. “Literalmente puedes verlo crecer”. Solo para comparar, cultivar el organismo en una placa de Petri lleva días. El moho del limo en realidad tiene un tipo de inteligencia muy especial para resolver esta tarea espacial. Después de todo, es fundamental para su supervivencia.

El artículo del equipo aparecerá en The Astrophysical Journal Letters.

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía en Washington, D.C.