"Tumedast" universumist • Uudiskiri #6
“Kirjad kosmosest” hõlmab postitusi kosmoseteadlaselt igaühele, kes universumi ning selle uurimise kohta rohkem teada soovib. Harutame keerulised teemad ja viimased avastused ülevaatlike juppidena lahti.
15. oktoobril 2024 avaldas Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) missioon Euclid ehk Eukleides esimese tükikese oma suurejoonelisest universumikaardist, mis hõlmab endas miljoneid tähti ja galaktikaid. Allpool on Eukleidese kosmoseteleskoobi lõunataeva vaatluste mosaiikpilt, mis koosneb mitmest ruudukujulisest fotost; need moodustavad kuju, mis meenutab sädelevate juttidega vaala, justkui sukeldumas pildi vasakusse alaossa.
Mosaiikpilt sisaldab 260 vaatlust, mis tehti ajavahemikus 25. märts kuni 8. aprill 2024. Vaid kahe nädala jooksul kaeti lai ala taevakaardist, jäädvustades samal ajal rohkelt detaile: see on üks antud teleskoobi eripäradest.
Mida hakkab Eukleidese missioon edasi tegema ja mille poolest erineb see teistest missioonidest? Sellest kirjutasin aasta tagasi väljaandes Ypsilon ning just nüüd on sobiv aeg populaarteaduslikku lugu taas jagada. Lugu räägib nii tumeaine avastamisest, tumeaine otsese tuvastamise pingutustest, tumeenergiast, kui ka nende universumi n-ö varjatud koostisosade mõistmisest Eukleidese missiooni võtmes.
Soovin tänada Margus Hanno Murakat kutse eest kirjutada ja hindan lugeja kommentaari, mis pakkus nime “Euclid” asemele eestikeelse vaste. Avaldatud loos on see muutmata, kuid kasutan edaspidi nime Eukleides.
Seisame mõistatuslike «tumedate koostisosade» avastuse lävel
Millest koosneb universum? Praeguste hinnangute kohaselt moodustab tumeaine umbes 25%, tumeenergia 70% ja nähtav ehk tavaline aine vaid umbes 5% universumist. Meie arusaam nendest mõistatuslikest, n-ö tumedatest koostisosadest seisab siiani avastuse lävel ning nende uurimine hõlmab nii kosmoloogiat – astronoomia haru, mis käsitleb universumit selle kõige suuremates mastaapides – kui ka osakestefüüsikat.
Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) kosmoseteleskoop Euclid startis 1. juulil Floridast ülesandega Maast eri kaugustel asuvaid galaktikaid senisest täpsemalt vaadelda ja kaardistada. Euclidi eesmärk on just tumeda universumi mõistmisele lähemale jõuda ja seekordne kosmosemissioon on üks peaaegu et lugematutest pingutustest uurida midagi, mis on jäänud seni tuvastamatuks ka kõige täpsematele mõõteseadmetele.
Ent kuidas mõõta midagi, mida silmaga ei näe?
Ootamatute kiirustega kosmiline karussell
Kujutage ette karusselli tiirlemist. Seda vaadeldes täheldaksime, et väljaspool asuvad istmed tiirlevad kiiremini nendest, mis on seespool. Välimised istmed peavad täistiiru tegemiseks läbima pikema vahemaa sama ajaga, mis sisemised istmed, seega liiguvadki need kiiremini.
Päikesesüsteemi tasandil on asjad teisiti. Päikesele ehk Päikesesüsteemi keskmele lähedal asuvatele planeetidele mõjub suurem gravitatsioonijõud kui välimistele. Nad tiirlevad stabiilse orbiidi säilitamiseks kiiremini kui välimised planeedid.
1970. aastate paiku uuris USA astronoom Vera Rubin koos kolleeg Kent Fordiga tähti, mis tiirlevad galaktika keskpunkti ümber. Astronoomid eeldasid, et tähtede tiirlemiskiirus järgib galaktika keskmest kaugemale liikudes sama põhimõtet nagu Päikese ümber tiirlevate planeetide puhul. Üllatusena leiti, et tähed galaktikate välispiirkondades tiirlesid ootamatult kiiresti. Peale galaktika keskpunkti gravitatsioonijõu on lisaks veel miski, mis hoiab neid tagasi galaktikatevahelisse ruumi lendamast.
Astronoomid on sarnast efekti vaadelnud eri kosmilistes mõõtkavades. Ligi 40 aastat enne Rubini tööd uuris Šveitsi-Ameerika teadlane Fritz Zwicky Coma-nimelist galaktikaparve. Zwicky täheldas, et parve servadel asuvad galaktikad liikusid prognoositust märksa kiiremini. Galaktikaparvi uuris 1980. aastatel ka Eesti kosmoloog Jaan Einasto, kes täheldas samuti galaktikate liikumises ootamatuid kõrvalekaldeid.
Aastakümnete jooksul esile kerkinud lahkhelid prognooside ja vaatluste vahel kinnistasid tõsiasja: nähtavate tähtede ja galaktikate mass ei olnud piisav, et põhjendada nende kiirusi. Midagi pidi olema lisaks. See miski, mis ei kiirga elektromagnetilist kiirgust, sh valgust, sai nimeks «tumeaine». Samamoodi nagu saame lehtede sahisemisest järeldada tuule olemasolu, järeldati taevakehadele avaldunud gravitatsioonilisest mõjust tumeaine olemasolu. Tumeaine ei jäänud aga universumi ainukeseks mõistatuslikuks koostisosaks.
