Kosminis voratinklis auga kaip gleivūnai - neįtikėtina gyvybės forma ir ką tokio sugalvojo astrofizikai

Naujame tyrime didžiausio masto kosminių struktūrų išsidėstymas nagrinėtas remiantis įžvalgomis, gautomis tyrinėjant gleivūnus (angl. slime moulds) Physarum polycephalum.

Šiandieninė Visatos struktūros formavimosi teorija, vadinama ΛCDM (Lambda-šaltosios tamsiosios materijos) modeliu, teigia, kad galaktikos ir jų spiečiai susidarė hierarchiškai. Pirmieji medžiagos telkiniai buvo mažesni už galaktikas, veikiami tarpusavio gravitacijos jie telkėsi į vis didesnius objektus. Mažiausi telkiniai jau spėjo susilieti į galaktikas ir pranykti, tuo tarpu galaktikos dar tik pradeda analogišką procesą, todėl matome jų spiečius.

Tarp galaktikų ir spiečių turėtų driektis gijos, kuriose medžiaga šiek tiek tankesnė, nei vidutiniškai Visatoje, bet gerokai retesnė, nei galaktikose. Didžiąją gijų masės dalį, aišku, sudaro tamsioji materija; ten esančios dujos yra labai retos, todėl nesitelkia į debesis, kuriuose galėtų formuotis žvaigždės. Šios gijos lieka praktiškai nematomos.

Kaip tuomet patikrinti šią teorinę prognozę? Ar egzistuoja gijos iš tiesų? Per pastaruosius keletą metų pavyko šias dujas užfiksuoti, išmatavus jų sugeriamą tolimesnių šaltinių spinduliuotę (apie tokias paieškas rašiau pažintiniame straipsnyje pernai vasarį), o pernai netgi aptikta jų skleidžiama spinduliuotė. Visgi tokie atradimai yra sudėtingi ir dažnai remiasi daugelio gijų signalo sumavimu. Taip įmanoma aptikti labai silpną sugertį ar spinduliuotę, bet prarandama informacija apie pavienes gijas. Sudaryti viso kosminio voratinklio žemėlapį kol kas atrodo sunkiai įmanoma.

Ir čia į pagalbą ateina gleivūnai (aš irgi tik šiandien sužinojau, kad taip lietuviškai verčiamas angliškas terminas slime mould). Tai yra mikroorganizmai, galintys suformuoti didžiules aglomeracijas, kuriose pavienės ląstelės dalijasi maisto medžiagomis ir perduoda informaciją apie aplinkos sąlygas, arba kuriose netgi išnyksta ribos tarp ląstelių. Iš pradžių gleivūnai buvo klasifikuojami kaip grybai, tačiau vėliau paaiškėjo, kad jie apima labai įvairias gyvybės medžio šakas.

Daugelis gleivūnų, formuodami didžiulius junginius, kartu susiraizgo ir į sudėtingus tinklus, padedančius pasiekti maisto ar energijos šaltinius. Vienas iš daugiausiai tyrinėjamų gleivūnų yra Physarum polycephalum; jo tinklai vystosi taip, kad atrodo, lyg organizmas būtų gana protingas, panašiai kaip pelė ar kai kurie vabzdžiai.

Pavyzdžiui, šis gleivūnas moka rasti trumpiausią kelią labirinte iki maisto. Taip pat, gavęs kelis neoptimalius maisto šaltinius, jis sugeba suformuoti tinklą, kuriuo pasinaudodamos visos ląstelės gauna subalansuotą maisto medžiagų kiekį.

Būtent pastaroji P. polycephalum savybė sudomino ir astrofizikus. Gleivūnas tinklą formuoja remdamasis visiškai kitokiais gamtos dėsniais, nei tie, kurie valdo kosminės struktūros formavimąsi. Tačiau ir vieno, ir kito proceso duodamas rezultatas yra labai panašus: gaunamas matematiškai optimalus tinklas. Gleivūnui optimalumas reiškia efektyviausią maisto medžiagų perdavimą visame organizme. Galaktikos ir jų spiečiai medžiaga nesidalina, bet pats formavimosi procesas – gravitacinis kolapsas ir relaksacija – sukuria analogišką matematinę struktūrą.

Taigi tyrėjai paėmė matematinį tinklų formavimo modelį, paremtą P. polycephalum tyrimais, pritaikė jį trimatei Visatai (originalus tinklas pritaikytas dvimačiams paviršiams, ant kurių auga gleivūno tinklai) ir panaudojo kosminių gijų tinklui tarp realių galaktikų atkurti. Žinoma, algoritmas, kuriantis tinklus tarp taškų, tikrai sukurs tinklą tarp galaktikų, ir tai visai nebūtinai reiškia, kad tikras kosminis voratinklis yra būtent toks.

Taigi mokslininkai rezultatus patikrino dviem būdais. Pirmasis – paėmę skaitmeninio kosmologinio modelio duomenis, jie pabandė atkurti tinklą tarp modelinių galaktikų. Gautas tinklas praktiškai nesiskyrė nuo kosminio voratinklio, susiformavusio skaitmeniniame modelyje augant kosminėms struktūroms.

Algoritmas taip pat nurodo ir kosminių gijų storį bei tankį, taigi mokslininkai patikrino, kaip siejasi realių galaktikų savybės su prie jų esančių gijų savybėmis. Šis testas taip pat parodė panašų sąryšį, koks stebimas realybėje: galaktikos, esančios tankesnėje aplinkoje, žvaigždes formuoja lėčiau, nei esančios retesnėje.

Kosminis voratinklis, suformuotas iš tikrų galaktikų padėties duomenų, davė ir prognozę apie tai, kiek spinduliuotės turėtų sugerti gijose esančios dujos. Kai kuriais atvejais šią prognozę buvo galima patikrinti, pavyzdžiui, stebint tolimą kvazarą, esantį už prognozuojamos gijos.

Pasitelkę archyvinius stebėjimų duomenis, mokslininkai rado daugiau nei 300 kvazarų, esančių už tikėtinų kosminio voratinklio gijų, ir visų jų spektruose aptiko sugerties linijas, rodančias, kad gijos tikrai egzistuoja. Taigi, gleivūnų ir netikėtų idėjų dėka žinome gerokai daugiau apie kosminį voratinklį ne tik skaitmeniniuose modeliuose, bet ir realioje Visatoje.

Plačiau apie atradimą skaitykite straipsniuose Phys.org ir UniverseToday. Tyrimą pristatantį mokslinį straipsnį rasite arXiv.