/nginx/o/2016/02/19/5064315t1h5000.jpg)
Universumis on üks aasta tühine hetk, astronoomi huviväljas jõuab aga aasta jooksul väga palju toimuda. Nii palju, et on peaaegu võimatu kõigest toimunust isegi lühikest ülevaadet anda. Seega väike, isegi juhuslik valik. Alljärgneva aluseks on minu enda ja kolme hea kolleegi Tartu tähetornis tehtud ülevaade vastustega küsimusele: mis juhtus, kirjutab Tartu observatooriumi juhtivteadur Jaan Pelt Sirbis.
Tihti mõtleme astronoomiast kui teadusest, mis tegeleb väga suurte kauguste ja objektidega. Ajalooliselt on aga pigem nii, et astronoomia oli eelkõige teadus ajast – tähtede liikumise abil oli võimalik paika panna kalender ja planeetide asendid võimaldasid ennustada tulevasi sündmusi. Tänapäeva teadmistest lähtudes on aeg ja ruum muidugi tihedalt seotud. Teated kaugel toimunud sündmustest jõuavad meieni väga palju aega hiljem.
Ajalooliselt on aga pigem nii, et astronoomia oli eelkõige teadus ajast – tähtede liikumise abil oli võimalik paika panna kalender ja planeetide asendid võimaldasid ennustada tulevasi sündmusi.
Alustamegi siis kõige kaugemast. Kõige vanem otseselt vaadeldav sündmus on muidugi ajahetk, millal universum muutus läbipaistvaks. Varasemad sündmused on seni meie eest peidus. Tollal, umbes 380 000 aastat pärast Suurt Pauku, välja kiiratud footonid on praeguseks alla jahtunud ja tuntud meile reliktkiirguse või foonkiirguse nimetuse all. Selle kiirguse ruumilise jaotuse detailne uurimine, kus on kasutatud satelliitteleskoobi Planck andmeid, võimaldas määrata eelmisel aastal universumi vanuse väga suure täpsusega: 13 799 ± 0021 miljardit aastat. See on rahvusvahelise astronoomide kollektiivi pikaajalise ja mingis mõttes rutiinse töö tulemus. Ka Tõravere astronoomid olid projektis tegevad.
Kosmoloog Tiit Sepa arvates oli aga talle mõnevõrra huvitavam galaktika EGS8p7 kauguse määramine. Osutub, et see on praegu meist kõige kaugem eraldiseisev vaadeldud objekt. Me näeme footoneid, mis kiirati välja ainult 570 miljonit aastat pärast «maailma loomist». Huvitav on veel see, et selle objekti vaatlemiseks ei piisanud ainult inimese ehitatud teleskoopidest. Õnne kombel on selle objekti ja meie vahel galaktikate parv, mis toimib nagu gravitatsiooniline lääts ja võimendab saabuvat valgust paar korda, muutes selle meile nähtavaks.
/nginx/o/2016/02/19/5064347t1hbfb4.jpg)
Kui nüüd galaktikat EGS8p7 Maa poolt vaadata, siis on see ju peaaegu vastu seina (kosmoloogilist horisonti). Hea uudis on see, et oleme võimelised vaatlema kõike, mida on võimalik vaadelda, halb uudis aga see, et maailm hakkab tunduma kitsukesena. Lohutab ehk see, et ikka rohkem räägitakse teistest maailmadest nn multiversumis.
Tulgem nüüd ajas natuke lähemale. Galaktikate uurija Rain Kipper osutab kahele uurimistööle, mis on ilmunud alles eelmisel aastal, kuid jõudnud juba koguda suure hulga tsiteerimisi, järelikult siis populaarsed teiste astronoomide hulgas. Laiale lugejaskonnale on aga mõlemad tööd ja neis peituvad tulemused vähetuntud. See on pigem tüüpiline kui erandlik, sest valdav osa astronoomide n-ö köögipoolseid töid ongi väga spetsiifilised ja nende tulemused vajavad pikemat lahtikirjutamist.
Esimene töö on itaalia ja saksa astronoomide artikkel väga väikeste kääbusgalaktikate statistikast Virgo galaktikate parves. Tänapäeva võimsad teleskoobid võimaldavad näha mitte ainult ajas kaugemale tagasi, vaid ka detailsemalt. Antud juhul oli siis võimalik saada täpsem ettekujutus galaktikate heledusjaotuse tumedamast otsast, lihtsamalt öeldes, kui palju on väga nõrku galaktikaid, võrreldes heledamate ja keskmise heledusega galaktikatega. Esimesest pilgust muidugi tühine täpsustus seni tuntule, kuid tegelikult väga oluline tulemus.
Nimelt sõltub galaktikate heledusjaotus ilmaruumi seisundist nende tekkimise ajal. Kahjuks aga mingeid täpsustavaid vaatlusi aja kohta enne galaktikate teket meil ei ole. Seega peame pöörduma teooria poole. Just siia ongi koer maetud. Osutub, et eestlastele nii hästi tuntud varjatud aine võib olla kas soe või jahe. Ja just sellest, millise tumeda ainega on tegemist, sõltub galaktikate heledusjaotuse tume ots. Seega tööst tehtavad järeldused võivad olla väga tähtsad kosmoloogiliste mudelite vahel valiku tegemisel.
/nginx/o/2016/02/19/5064371t1hf7ff.jpg)
Väga ilus tulemus, aga mitte nii «müüdav» nagu traditsioonilised teated igasugustest äärmuslikest taevanähtustest, suurest hulgast avastatud eksoplaneetidest või siis lähedalt tehtud pildid meie koduse Päikesesüsteemi taevakehadest.
Teine Rainer Kipperi osutatud töö on ameerika autoritelt. See on pühendatud kõige heledamatele galaktikatele, mida mõõdeti projekti WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) raames. Nende galaktikatega seotud ootamatu probleem on see, et mõni neist on «liiga» hele. Võiks isegi öelda, et nad võivad olla universumi kõige heledamad pidevalt helenduvad objektid (supernoovad jms on ainult lühikest aega väga heledad). On teada mehhanisme, mis võimaldavad objekti heledust näha suuremana, kui see tegelikult on (nt eespool on välja toodud, et võimendus võib tekkida tee peal oleva gravitatsioonilise läätse tõttu). Artikli autorite kollektiiv, üle kolmekümne autori, välistas väga detailsete vaatluste ja arvutuste abil kõik teadaolevad võimenduse mehhanismid. Ja tulemus: meil on tõesti tegemist väga heledate galaktikatega, mille heledust ei saa seletada traditsioonilise tähetekkest lähtuva mehhanismiga. Siit järeldub, et heleduse allikat tuleb otsida galaktikate tuumast ja selle ümbrusest. Suure tõenäosusega on meil tegemist mustade aukudega galaktikate tsentris, mis kohutava kiirusega tõmbavad ainet enda sisse. Sellises akretsiooniprotsessis kiirgub siis kohutav hulk energiat, millel on järelmeid ka suuremasse kosmoloogilisse pilti. Jälle ajalise järgnevuse probleem: kumb ilmub enne, kas galaktikaid moodustavad tähed või must auk galaktika keskmes?
/nginx/o/2016/02/19/5064375t1h7cde.jpg)
Peale rekordiliselt heledate galaktikate vaadeldi eelneval aastal ka rekordiliselt heledat supernoovat. Hiina astronoomi Subo Dongi juhitud kollektiiv avastas supernoova, mis sai nimeks ASASSN-15lh ja oli oma maksimumis kaks korda heledam kui seni avastatud supernoovad ning 20 korda heledam kui meie Galaktika kogu valgus.
Astronoomide ajaskaalad ei piirdu ainult miljonite ja miljardite aastatega. Mõni sündmus toimub tunduvalt kiiremini. Kosmoloog Tiit Sepp toob eelmisest aastast huvitava näite. Rühm astronoome eesotsas hollandi astronoomi van Leeuweniga vaatles viis aastat kaksiksüsteemi, mis koosneb suure tõenäosusega kahest neutrontähest või siis valgest kääbusest ja neutrontähest. Parajasti on üks täht meile nähtav raadiodiapasoonis pulsarina. See tähendab, et ta kiirgab kitsast kiirtevihku, mis on hetketi suunatud ka Maale. Kuna pulsar pöörleb väga kiiresti – umbes seitse pööret sekundis –, siis sama kiiresti muutub ka Maa pealt mõõdetav raadiokiirgus.
Huvitavaks teevad selle süsteemi aga kaks asjaolu. Esiteks on tegemist teineteisele lähedal asuva paariga, kus mõlemad komponendid on relativistlikud suure massiga tihedad objektid ja süsteemi kirjeldamiseks on vaja väga keerulisi relativistlikke mudeleid (Einsteini üldrelatiivsusteooriat). Teiseks aga väheneb pulsari heledus kiiresti. Väga täpsed ja keerulised arvutused näitavad, et süsteemi tsentraalne objekt kõverdab enda ümber ruumi nii tugevalt, et küllaltki kiirelt muutub pulsari pretsesseeriva telje nurk. Selline muutus asetab pulsari varsti nii, et seda Maalt enam üldse jälgida ei saa. Pretsessiooni periood on 165 aastat ja juhul kui teooria on õige, siis pooleteise aastasaja pärast hakkab praegune situatsioon taastuma.
Siit ka veel üks huvitav astronoomiline parameeter – astronoomi eluiga. Tore on teha ennustusi, mille täitumine või mittetäitumine selgub lähiajal, ütleme paarikümne aasta jooksul. Piirjuhuna võime näiteks meenutada Halley komeeti, mis oli meil nähtav 1986. aastal. Üsna paljud tollal väga noored astronoomiahuvilised saavad kontrollida, mis seisus naaseb komeet 2061. aastal (periood 75–76 aastat). Aga 165 aastat? See on ju võimatu! Ometi on kosmoloog Tiit Sepp optimistlik. Nimelt olevat molekulaarbioloogid tuuninud äädikakärbse eluiga määravaid geene nii, et nende eluiga olevat pikenenud ligi poolteist korda. Kui arvestada aga molekulaargeneetika praegust ülikiiret arengut, siis kes teab! Ehk jõutakse ka inimeseni.
Kui me juba väikese ja tühise inimese juurde oleme jõudnud, siis ka tema muudest võimalustest. Nagu hästi teada, on astronoomia keskkonnateadus. Antud juhul küsigem: kui kaua püsib meie elu energeetiliseks aluseks oleva Päikese kiirguse tase sellises vahemikus, et meid ümbritsev keskkond on elamiskõlblik? Täheastronoom Laurits Leedjärv on välja tulnud uudisega eelmisest aastast. Alustagem Päikesest mõnevõrra suurematest tähtedest. Nende tulevik on efektne. Kui tähe tuumas on kütus ära põlenud, siis täht variseb kokku ja plahvatab supernoovana. See plahvatus on nii suur, et tema kiiratav valgus võib osutuda heledamaks kui kogu galaktika.
/nginx/o/2016/02/19/5064381t1hdfd3.jpg)
Kaua aega arvati, et väiksemate tähtede, sealhulgas Päikese, tulevik on tunduvalt rahulikum. Kui kütus on otsas, siis täht paisub rahulikult punaseks hiidtäheks, tõusev tähetuul puhub suure osa tähe massist laiali ja tulemust võime näha planetaarse udukoguna. Tähe keskosast saab tihe valge kääbustäht. Hispaania astronoom José Gómez koos rühma kolleegidega aga avastas eelmisel aastal, et kõik ei pruugi nii rahulikult käia. Uurides mikrolainete piirkonnas planetaarudude spektreid, avastasid nad, et planetaarudukogud võivad sisaldada väga võimsaid ja teravalt suunatud vee molekulide vooge. Kiirused on nii suured, et neid on võimatu kirjeldada tuntud gasodünaamiliste mehhanismidega.
Tegemist võib olla jälgedega plahvatusest, mille olemust me praegu veel hästi ei tunne. Siin on muidugi koht, kus teadusliku fantastika autoritel on vaba voli konstrueerida oma stsenaariume. Selged on kaks tõsiasja: rahulikule elule Päikese naabruses tuleb lõpp umbes 2,8 miljardi aasta pärast ja see lõpp tuleb mõnevõrra äkilisem, kui seni arvatud. Loodame, et DNA pakid koos vajalike robotitega uute inimeste, taimede ja loomade kasvatamiseks on selleks ajaks juba jõudnud parematesse paikadesse.
Pärast ennustusi 2,8 miljardi ja ka 165 aasta kaugusele ajale on aeg vaadelda ka üht lühemaajalist prognoosi. Alustama peame 1964. aastast. Sel aastal ilmus norra astronoomi Sjur Refsdali töö, kus ta analüüsib supernoova plahvatust, mis toimuks nii, et meile saabuv sündmuse kujutis läbiks teele jääva suure massiga galaktika. Sellisel juhul galaktika toimiks gravitatsioonilise läätsena. Läätseefekti tulemusena kujutis lõhestuks mitmeks ja informatsioon täheplahvatuse kohta liiguks meieni eri teid pidi.
Mitte kõik teed ei ole ühepikkused ja seega oleks meil võimalus jälgida teatavate ajavahede kaudu plahvatuse maksimumi mitu korda. Sjur Refsdal näitas, et kasutades andmeid ajanihete pikkuse ja galaktika massijaotuse kohta on võimalik määrata kosmoloogias üliolulise Hubble’i parameetri väärtust ja selle kaudu ka maailma vanust. Tollal olid gravitatsioonilised läätsed ainult teoreetiliste spekulatsioonide objektiks. Alles 1979. aastal avastati esimene tõeline gravitatsioonilise läätseefekti juhtum. Kuid sel juhul oli tegemist kvasari valgusega, mis paistis läbi Galaktika jõuvälja.
/nginx/o/2016/02/19/5064391t1hb239.jpg)
Lõpuks, 50 aastat hiljem, 2014. aastal vaadeldi kauget supernoovat, millelt meile saabuv valgus oli gravitatsiooniliselt lõhestatud, seekord neljaks kujutiseks. Küllaltki loomulikult sai täheplahvatus endale nimeks SN (Supernoova) Refsdal. Vaatlustele järgnes detailne analüüs, millest järeldati, et üks plahvatuse impulss oli Maani jõudnud juba 16 aastat varem ja vähemalt üks on veel tulemas. Eri autorid ennustasid kuuenda kujutise saabumisaega erinevalt, kuid kõige detailsema analüüsi järgi pidi sündmus toimuma 2015. aasta novembris-detsembris. Nii oligi: 11. detsembril võis Hubble’i taevateleskoobi piltidel näha uut heledate pikslite rühma – õigel ajal ja õiges kohas. Esimest korda nägid astronoomid supernoova plahvatust, teades seda ette. Mis oleks juhtunud, kui heleduse hüpet ei oleks nähtud? Nagu ameerika astronoom Tommaso Treu ja tema kolleegid väidavad, oli meil sellel korral tegemist hea näitega filosoof Karl Popperi falsifikatsiooniteooriast – negatiivne tulemus oleks ümber lükanud või kahtluse alla pannud gravitatsiooniliste läätsede mudelite teoreetilised alused.
Sellised ilusad juhtumid tuletavad meelde klassikalise astronoomia tipphetki, siis kui hälvetest ühe planeedi liikumises järeldati uue planeedi olemasolu. Selle aasta alguses ilmus ameerika astronoomide artikkel, kus Neptuuni taga vaadeldud jääpallide (Sedna tüüpi trans-neptuunsete objektide) trajektooride komplektist joonistub välja jõuvälja keskkoht, kus peaks olema midagi suuremat, suure tõenäosusega «üheksas planeet» või «planeet X». Praegu veel jutumärkides, aga otsingud on alanud. Seega, kui me vahepeal pidime Pluuto planeetide hulgast maha kandma ja asetama ta jääpallide hulka, siis nüüd aitavad meil jääpallid avastada tema asendaja. Horoskoobikirjutajad peaksid valvel olema: uus planeet on tulemas!
Omal kohal on ka lugemissoovitus. Lõigu pealkiri on ligikaudne tõlge (originaalis Einasto weighs in) J. Richard Gotti raamatust «Kosmiline veeb. Universumi müstiline ülesehitus» («The Cosmic Web. Mysterious Architecture of the Universe», Princeton University Press, 2016). Usun, et paljud on juba lugenud Jaan Einasto raamatut «Tumeda aine lugu» (Ilmamaa, 2006). Selle ingliskeelne, suuresti parandatud ja täiendatud trükk ilmus 2013. aastal pealkirja all «Dark Matter and Cosmic Web Story» (World Scientific). Mõlemas raamatus kirjeldab akadeemik Einasto nii teaduslugu kui ka oma elulugu. Nüüd on meil aga sellele oluline täiendus. Saame teada, kuidas paistavad eesti astronoomide tööd ja teooriad välis- (Ameerika) vaatlejale. Kes ja millal midagi nägi, ütles ja avaldas esimesena? Raamatus on palju muud väga huvitavat ja väga tihti ka eestlasi kõrvu liigutama panevat. N-ö treilerina kaks mulle ja ehk ka siis lugejale uut ja huvitavat momenti.
/nginx/o/2013/09/05/2150303t1h87ec.jpg)
Kui oleme nimetanud filosoof Karl Popperit, ei saa me mainimata jätta ka teist teadusfilosoofi – Thomas S. Kuhni. Tema «Teadusrevolutsioonide struktuur» («The Structure of Scientific Revolutions») kuulub mõistagi haritud inimese kohustusliku kirjavara hulka. Lugenud on seda raamatut ka Jaan Einasto ja sellest inspiratsiooni saanud. Õnneliku inimesena, kes on elanud ajani, kui tema kui elava inimese kõrvale hakkab tekkima juba ajalooline omanimeline konstrukt, on ta oma raamatutes püüdnud asetada omaenda ja ka kolleegide töö suurde plaani. Seda tehes kasutab ta Kuhnilt pärit mõisteid: paradigmade muutus, teaduslik revolutsioon jms. Eestlastel on revolutsioonide suhtes teatud põhjustel allergia, räägime siis paradigmaatilistest hüpetest. Nimelt – kui lugeda tähelepanelikult Richard Gotti raamatut, siis selgub, et Tõravere astronoomid olid astronoomias silmapaistvalt tegevad, tihti ka teerajajad kolme paradigmaatilise hüppe juures. Esiteks toodi astronoomide vaatevälja tagasi varjatud aine mõiste, mida oli küll juba varem märganud Fritz Zwicky, kuid siis oli see unustatud. Teiseks, lähtudes Jakov Zeldovitši teoreetilistest töödest, näidati klassikalise nn hierarhilise universumi struktuuri mudelite paikapidamatust ja toodi sisse uus – universumi rakulise ehituse paradigma. Ja kolmandaks – edasise uurimise käigus näidati, et mitte ainult hierarhiline topoloogia on vale, vaid ka rakuline (või meekärjetaoline) mudel ei ole õige. See asendati järgmise hüppe käigus tänapäevase kirjeldusega, kus domineerivad suures plaanis ühemõõtmelised filamendid ja neid ühendavad superparved, mida vahel on nimetatud ka käsnstruktuuriks.
Seega on kõrvaltvaatajale mõned asjad isegi paremini nähtavad kui asjas sees olevatele inimestele. Seda, et ruumi topoloogilise struktuuri nurga alt vaadatuna oli meil tegemist kahe olulise murdega galaktikate ruumjaotuse uurimise käigus, ei ole varem väga palju räägitud.
Ja lõpuks kirss tordi peale. Küsimus suurele ringile: kelle teaduslikus töös on esimest korda kasutatud tänapäeval valdavaks saanud kosmilise võrgustiku mõistet (cosmic web)? Richard Gotti raamatust selgub, et vastaval artiklil oli kolm autorit: Richard Bond, Lev Kofman ja Dmitri Pogosjan. Ja siis? Muidugi – kaks viimast autorit on ju Tõravere observatooriumi kasvandikud!