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單細胞生物行為:解開最大宇宙謎團的鑰匙

2020-02-23 09:33
世界科學 2020年5期
關(guān)鍵詞:細絲單細胞暗物質(zhì)

現(xiàn)代宇宙學預(yù)測,當前宇宙中的物質(zhì)已經(jīng)集結(jié)成一個巨大的絲狀網(wǎng)絡(luò),通俗地說就是“宇宙網(wǎng)”。這些物質(zhì)要么無法通過電磁技術(shù)觀測,要么在放射中因太過分散而不能成像,因此對這一宇宙網(wǎng)絡(luò)的測試極為有限。

廣域觀測確實揭示了星系分布中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),但這些發(fā)光的星系只占不到10%的重子物質(zhì)。有關(guān)星系間介質(zhì)通過遙遠類星體光譜吸收的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為這一模型提供了佐證,但還沒有最終將漫射的星系間介質(zhì)與宇宙網(wǎng)聯(lián)系起來。

在本文中,科學家闡釋了一種新的方法。該方法的靈感源自一種叫作多頭絨泡菌的黏菌,這種方法能夠根據(jù)星系觀測推斷宇宙網(wǎng)的密度場??茖W家將該技術(shù)應(yīng)用于星系和局部宇宙的吸收線觀測,證明了大部分星系間介質(zhì)確實存在于宇宙網(wǎng)中。

利用單細胞生物行為解開謎團

對于人類最難以解決的問題,其答案可能就存在于那些令人難以置信的微小生物中。

在浩瀚的宇宙中,大約有1 000億個星系,每個星系中都包含大量恒星、行星和塵埃。這些數(shù)量龐大的星系通過一個巨大的宇宙網(wǎng)連接在一起,該網(wǎng)絡(luò)由暗物質(zhì)構(gòu)成,是一種至今被證明無法直接觀測到的看不見的力量。

但科學家認為,通過仔細觀察一種地球單細胞生物的行為,他們可能已經(jīng)找到了這些宇宙中最棘手問題的理想類似物,這種生物就是黏菌。黏菌群由數(shù)百萬個單細胞生物組成,它們通過復雜的絲狀網(wǎng)絡(luò)一起移動并尋找食物。

一項新的研究表明,這種黏菌天生就能將不同的位置互相連接起來,因此也許能夠創(chuàng)建最初的宇宙網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)地圖??茖W家利用一種基于黏菌行為的計算機算法,構(gòu)建了一張3D宇宙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)地圖。研究成果發(fā)表在《天體物理學快報》上。

這項新成果的第一作者、加州大學圣克魯斯分校研究員約瑟夫·伯切特(Joseph Burchett)表示:“最簡單的生命形式之一竟然能讓我們洞察宇宙中最大規(guī)模的結(jié)構(gòu),這真是令人驚嘆!”

宇宙黏菌

黏菌可能看起來簡直就像是源自科幻恐怖電影里的某樣東西,但它們是完全無害的。這些單細胞生物以每小時1毫米的速度緩慢爬行,尋找它們賴以生存的死亡植物。盡管它們是單細胞生物群落,但這些黏菌的智力卻具有欺騙性——人們無法想象它們竟然能夠以最高效、最復雜的途徑來實現(xiàn)自己的目標。研究團隊設(shè)計了一種基于黏菌行為和宇宙中已繪制的37 000個星系位置的計算機算法。

連接星系和宇宙中所有其他結(jié)構(gòu)的宇宙網(wǎng)由暗物質(zhì)和氣體細絲組成。這些暗物質(zhì)和氣體細絲滋養(yǎng)著星系,并催生星系中的恒星。氣體細絲網(wǎng)絡(luò)堪稱宇宙中最大規(guī)模的結(jié)構(gòu)之一。

這些細絲以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)延伸至數(shù)百萬光年,其間被巨大的空洞隔開。但是,無論其規(guī)模是大還是小,其中的氣體都相當微弱,難以被探測到。

同時,科學家們認為,暗物質(zhì)約占宇宙質(zhì)量的70%,但人們同樣無法看見它。因此,宇宙網(wǎng)實際上是看不見的。但是,通過運行黏菌信息算法,研究人員成功地繪制出了一張氣體細絲網(wǎng)絡(luò)地圖。這些氣體細絲以一種最具創(chuàng)造性、最有效的方式將星系連接在一起。

點亮黑暗之網(wǎng)

科學家并沒有就此止步,而是接著分析了350個類星體發(fā)出的紫外線。從本質(zhì)上說,這些類星體是龐大而明亮的活動星系核——這些結(jié)構(gòu)就像一個宇宙手電筒,透過宇宙網(wǎng)絡(luò)熠熠生光。

這些發(fā)現(xiàn)與其他探索宇宙暗物質(zhì)的工作相輔相成。美國宇航局(NASA)推出的廣域紅外巡天望遠鏡(WFIRST)計劃便是此類工作之一,其目的旨在探測宇宙并直接觀測暗物質(zhì)。該計劃預(yù)計將于21世紀20年代中期完成,被認為是哈勃望遠鏡的繼任者。它將依賴于微引力透鏡技術(shù),利用附近的一個星系來放大它周邊的星系,從而觀測到遙遠的宇宙。

資料來源 inverse.com

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