VALGUSTATUD TUMEAINE
UNIVERSUMI KÜLMUMISE KIIRUS
ELU OTSIMINE ÕIGETEST KOHTADEST
GRAVITATSIOONILAINETE ASTRONOOMILISED TÕUSULAINED
EKSOPLANEETIDE LUMMUS: PRAEGUNE KONSENSUS
SUPERMASSIIVSETE MUSTADE AUKUDE
REASTAMINE
TEHNIKAMAAILM ERIVÄLJAANNE
pärinevad meteoriidid?
19 Kas valgus suudab mustast august põgeneda?
20 . Kas esimesena tekkisid tähed, galaktikad või mustad augud?
22 Kas komeedid ja asteroidid on omavahel sugulased?
23 . Kui palju planeete tiirleb ümber ümber teiste tähesüsteemide?
24 Kui palju asteroide on lukustatud Kuiperi vöösse?
25 Kas stringiteooria seletab universumit?
ILUS UNIVERSUM.
Kosmilise gaasi ja tolmu kõrguvad sambad moodustavad kuulsad Loomise sambad, mis asuvad Kotka udukogu südames.
26 . Mis tekitab gravitatsioonilaineid? . . . . . . 54
27. Mis juhtub, kui mustad augud põrkuvad? . 55
28 Miks antiaine eksisteerib? 57
29 Kas on teisi planeete nagu Maa? 58
30 . Kas igas suures galaktikas on tsentraalne must auk? .
31 Kas inflatsiooniteooria kontrollib universumit? .
60
62
32 Kas Pluutot tuleks pidada planeediks? 64
33 Miks Veenus end pahupidi pööras? 66
34 . Kuidas saaksime ära tunda elu mujal kosmoses? . . . . . . . .
35 Mis lõi Saturni rõngad? .
69
70
36 Kas kauge tume keha võib elule Maal lõpu teha? 72
37. Kas me elame mitmekordses universumis? .
74
38 . Kuidas tekkis Linnutee galaktika? . . . . . . 75
39 . Kuidas tekkis Päikesesüsteem? . .
77
40 . Mis juhtub galaktikate põrkumisel? . . . . 78
41 Kuidas plahvatavad massiivsed tähed? 80
42 Mis saab Päikesest? 82
43 . Kas komeedid tõid Maale elu? . . . . . . . . 84
44 Kuidas tekkisid kvasarid? . . . . . . . . . . . . 85
45 Kas Linnutee liitub mõne teise galaktikaga? . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
46 Mitu pruuni kääbust on olemas? 88
47 Mis toimub galaktikaparves? 90
48 Kas Jupiter on ebaõnnestunud täht? 92
49 Mitu galaktikat on meie kohalikus rühmas? . . .
94
50 Kas neutriinod hoiavad kosmose saladusi? 96
Selle igivana küsimuse üle on olnud kaks
tulist debatti. Aprillis 1920 vaidlesid
Harlow Shapley ja Heber Curtis
Washington D.C. Smithsoniani instituudi Natural History Museumi suures auditooriumis universumi mõõtmete üle.
Selles, vaid mõni aasta enne Edwin Hubble’i avastust galaktikate olemuse kohta aset leidnud arutelus väitis Curtis, et kosmos koosneb paljudest eraldiseisvatest „universumisaartest” ja et nn spiraaludukogud on väljaspool Linnuteed asuvate kaugete tähtede süsteemid. Shapley väitis vastu, et spiraalsed udukogud on lihtsalt Linnuteel paiknevad gaasipilved. Shapley läks oma väidetega kaugemale ja paigutas Päikese meie galaktika serva poole — mis tema arvates oligi kogu universum — samas kui Curtis uskus, et Päike peab olema Galaktika keskpunkti lähedal. Curtisel oli õigus universumi kirjeldamatu suuruse osas, aga ta eksis Päikese asukohas selles. Teisalt Shapley eksis universumi väiksuse osas, kuid tal oli õigus Päikese asukohas.
Paljude kaugemate galaktikate kauguse mõõtmise võimekuse peatse kättesaadavusega hakati mõlemas leeris vaidlema Hubble’i konstandi väärtuse ehk universumi paisumiskiiruse üle. Astronoomide teine suur debatt toimus aastal 1996. Universumi vanus ja suurus on muidugi omavahel seotud ja mõlemad sõltuvad otseselt Hubble'i konstandi väärtusest.
Samas auditooriumis, mida kasutasid Shapley ja Curtis, vaidlesid ka Galaktika uurijad Sidney van den Bergh ja Gustav Tamman selle küsimuse üle. Van den Bergh pakkus tõendid, mis toetavad Hubble’i konstandi kõrget väärtust (umbes 80 kilomeetrit sekundis megaparseki kohta), mis viitab universumi noorusele ja sellega ka väikesele suurusele. Tammann debateeris konstandi madala väärtuse poolt (umbes 55 km/sek/ Mpc), mis viitab vanemale ja suuremale universumile. Nagu juhtus Shapley ja Curtisega,
esitasid ka antagonistid van den Bergh ja Tammann kumbki selged ja usutavad argumendid ja andmed, mis kumbagi toetasid ja kummalgi ei õnnestunud teise leeri astronoome vastupidises veenda. Siiani olid astronoomid piiratud mõlema väitega ning puudusid skalaarsed andmed nende ümberlükkamiseks.
Sellest hoolimata said astronoomid siiski kasutada hulgaliselt poolt- ja vastuargumente kummagi väite tõepärasuse kohta, mis põhinesid viimase sajandi jooksul kogutud andmetel. Kasutades tänapäevaseid kõige võimsamaid teleskoope, näevad astronoomid galaktikaid, mis asuvad üle 13 miljardi valgusaasta kaugusel Maast.
Valgusaasta võrdub umbes 10 triljoni kilomeetriga. Kuna neid kaugeid galaktikaid on näha igas suunas, siis praegune nähtavuse „horisont” on läbimõõduga vähemalt 26 miljardit valgusaastat.
Kuid universum on tõenäoliselt palju suurem kui see osa, mida me täna näeme. See kehtib väga tõenäolise juhul, kui MITi Alan
UNIVERSUMI SUURUS. Alates Suurest Paugust on universumi paisumine aeglustunud ja seejärel kiirenenud. Sellel illustratsioonil näitavad kontsentrilised punased ringid, et galaktikad rändasid kosmilise ajaloo esimesel poolel aeglaselt lahku ja seejärel kiirendas paisumist salapärane jõud –tume energia. NASA/ANN
Guthi 1980. aastal püstitatud inflatsioonihüpotees osutub õigeks. Idee viitab sellele, et äärmiselt noor universum koges lühiajalist hüperkasvu perioodi, mis oli nii tõsine, et see paisus subatomaarse osakese suurusest peaaegu koheselt tennisepalli suuruseks ja jätkas paisumist. Kui selline inflatsioon toimus, on universum palju suurem, kui praeguste vaatluste põhjal arvata võiks.
Nüüd muutub teooria aga imelikuks: kui inflatsioon juhtus ühes kohas, siis võis see veel toimuda paljudes kohtades (võib-olla lõpmatus arvus kohtades) väljaspool nähtavat horisonti ja meile tuttava aegruumi kontiinumi piire. Kui see on nii, siis võivad eksisteerida ka teised universumid, mida pole meie võimuses tuvastada. Teadus pakub selle võimaluse, sest definitsiooni järgi on teaduse eesmärk testitavate ideede loomine ja katsetamine. Praegu on piisavalt imeline teada, et me elame universumis, mille läbimõõt on ligikaudu 900 miljardit triljonit kilomeetrit, aga see võib olla ka palju suurem.
KAHVATUD MÜSTEERIUMID. Kummalised, noored, tähti moodustavad galaktikad sellel 2009. aasta Hubble’i kosmoseteleskoobi kujutisel (ringiga märgitud) on vähem kui miljard aastat vanad.
NASA/ESA/G. ILLINGWORTH AND
HUBBLE ULTRA DEEP FIELD. 2014. aastal, kui astronoomid lisasid varasematele tulemustele Hubble’i Ultra Deep Field’i ultraviolettkiirguse andmed, õnnestus selgitada, et mõned noorimad, suurimad ja kuumimad tähed asuvad 5–10 miljardi valgusaasta kaugusel maast. Niiviisi saadi aimu, et noored galaktikad arenevad, moodustades väga kuumadest tähtedest väikseid gruppe. Sellel universumi süvaportreel näeme ligikaudu 13 miljardit aastat kosmilist ajalugu.
VANA SINISILM Tänaseks on astronoomid tuvastanud ligikaudu 6000 eksoplaneeti 4400 planeedisüsteemis. 2003. aastal mõõdeti Hubble Kosmoseteleskoobi abil ühe meie galaktika vanima teadaoleva planeedi, 13 miljardit aastat tagasi moodustunud PSR B1620-26 b mass. Planeet tiirleb ümber oma pulsari tähtede keraparves M4 ning on kujutatud siinsel joonistusel.
NASA/BRAD HANSEN/HARVEY RICHER/STEINN SIGURDSSON/INGRID STAIRS/STEPHEN THORSETT
Seistes pimeda öötaeva
all ja vaadates Linnuteele, on raske ette kujutada, et ka mujal universumis poleks lugematu hulk planeete. Lõppude lõpuks, ainuüksi meie galaktikas asub umbes 200–400 miljardit
tähte ja astronoomide hinnangul eksisteerib vähemalt 125 miljardit muud galaktikat. See on üks paganama suur hulk tähti universumis – vähemalt 25 000 miljardit miljardit.
Mõeldes udukoguhüpoteesile, mis kirjeldab Päikesesüsteemi moodustumist (vt „Kuidas Päikesesüsteem tekkis?” lk 77), näib olevat selge, et enamik tähti moodustab nende eellaspilvede kokkuvarisemisel ka planeete. Kuid teiste
MINIJUPITER. 2002. aastal mõõtsid astronoomid 15 valgusaasta kaugusel Veevalaja tähtkujus punase kääbustähe ümber tiirleva eksoplaneedi Gliese 876b massi. Nad leidsid, et sellel kunstiteosel kujutatud planeedil on vaid pool Jupiteri massi.
planeedisüsteemide nägemine oli tohutute vahemaade tõttu astronoomidele kuni viimase kahe aastakümneni ülim väljakutse. Esimesed kahtlusaluste päikeseväliste planeetide ehk eksoplaneetide, nagu neid nimetatakse, avastamised toimusid 1989. aastal. Sel aastal teatasid astronoomid kahe
tähe – HD 114762 Coma Bereniceses ja Alrai (Gamma Cephei) Cepheuses – radiaalkiiruste erinevustest ning omistasid need tähelepanekud eksoplaneetide põhjustatuteks. Esmase järelkontrolli andmed näitasid, et põhjus jäi teadmata ja nende tähtede ümber planeetide tiirlemise kinnitamiseks kulus veel 10 aastat. Samal ajal, 1992. aastal, väitis teine astronoomide meeskond, et avastas ümber pulsari PSR 1257+12 tiirleva eksoplaneedi. Astronoomid kinnitasid lõpuks selle „pulsarplaneedi” olemasolu, millena ta ka tuntuks sai.
KAUGE ILMASTIK. 2001. aastal suutsid astronoomid esmakordselt mõõta eksoplaneedi ümber atmosfääri. Sellel kunsti-teosel on kujutatud planeet Jupiteri sarnase maailmana oma tähest vaid 6 miljoni kilomeetri kaugusel olevana. G. BACON/STScI
Eksoplaneetide tuvastamine hoogustus 1990. aastate keskel. Astronoomid arendasid selleks uusi tehnikaid, lõid täiustatud vaatlusvahendeid ja 1995. aastaks leidsid nad Päikese-sarnase tähe ümber tiirleva esimese eksoplaneedi – 51 Pegasi. 2024. aasta 17. oktoobri seisuga on astronoomid kinnitanud ligi 5780 planeedi olemasolu 4314 planetaarses süsteemis, mis tiirlevad teiste, Päikesesüsteemi väliste tähtede ümber.
Eksoplaneetide tuvastamine on keeruline, kuna planeetide nõrk valgustatus võistleb peremeestähe ereda säraga. Praegu kasutavad astronoomid eksoplaneetide leidmiseks umbes poolt tosinat põhimeetodit. Esimene neist on pulsari impulsside ajastus, mida kasutati PSR 1257+12 ümber tiirleva planeedi leidmiseks. See meetod mõõdab pulsari impulsside regulaarsuse kõrvalekaldeid.
Teiseks on astronoomid alates 1943. aastast kasutanud astromeetriat – täpseid asukohamõõtmisi. Kuigi selle meetodi abil toimus esimene eksoplaneedi avastamine 2010. aastal, võib Gaia missiooni ülitäpsete vaatluste teine analüüs tähendada tuhandeid uusi avastusi.
Kolmandaks on radiaalkiiruse meetod, mis mõõdab kiirust, millega objekt (antud juhul täht) liigub Maa poole või eemale. Eksoplaneedi gravitatsiooniline tõmme tekitab tähe kiiruses kõrvalekaldeid. See oli kuni 2009. aastani eksoplaneetide jahtimisel kõige edukam meetod, kuniks NASA käivitas Kepleri teleskoobi. Radiaalkiiruse analüüsiga
on astronoomid siiani avastanud umbes 670 eksoplaneeti.
Neljanda meetodi abil tuvastavad teadlased eksoplaneete, kui nad mööduvad oma peremeestähtedest, põhjustades valguse intensiivsuse väikeseid langusi. Oma esmase missiooni ajal vaatas Kepleri satelliit umbes 530 000 tähte, otsides nende heleduse langusi. Kepleriga on astronoomid avastanud 23. juuni 2023 seisuga 2778 planeeti väljaspool meie päikesesüsteemi. On teada ka veel tuhandete eksoplaneetide kandidaadid. Kepleri missioon tõendab, et meie galaktikas on planeete rohkem kui tähti, olles leidnud ühe tähe ümber tiirlevat lausa 8 planeeti. Maa sarnaseid planeete leidub vähemalt 20–50 protsendil tähtedel.
Viiendat tehnikat nimetatakse gravitatsiooniliseks mikroläätsemiseks, mille puhul tähe gravitatsiooniväli ja selle eksoplaneet painutavad kauge taustaobjekti valgust.
Üksik täht painutab valgust teisiti kui täht, mille ümber planeet tiirleb. Kui vaadelda tähti Maa ja galaktika keskpunkti vahel, on selle tehnikaga nähtud taustatähtede arv maksimaalne. Kuigi gravitatsioonilise mikroläätse abil on tuvastatud vaid paarkümmend planeeti, pakuvad tulevased missioonid, nagu WFIRST, parimaid võimalusi väikese
massiga eksoplaneetide tuvastamiseks suhteliselt avarates piirkondades.
Viimane meetod, otsene vaatlus, võeti esmakordselt kasutusse 2005. aastal, kui astronoomid kasutasid Spitzeri kosmoseteleskoopi kahe eksoplaneedi infrapunakiirguse pildistamiseks. Sellest ajast alates on teadlased seda meetodit kasutades avastanud umbes 50 uut maailma.
Kuna eksoplaneetide hulk kasvab iga nädalaga, plaanivad teadlased uusi ja ambitsioonikaid projekte, et avastuste arvu järsult kasvatada. Enne Keplerit olid enamik leitud eksoplaneete suured „kuumad Jupiterid”. Satelliit leidis aga hulga väiksemaid maailmu ja luuras isegi mõnda võimalikku Maa nõbu. Praegused ja tulevased missioonid, nagu Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), CHaracterising ExOPlanet Satellite (CHEOPS) ja Planetary Transits and Oscillations of Stars (PLATO), kasutavad eksoplaneetide avastuste arvu edasiseks kasvatamiseks transiidimeetodit. Näiteks TESS vaatab peagi üle terve taeva, et Maast mõnesaja valgusaasta kaugusel hämarate punaste tähtede ümbert leida kõik eksoplaneedid ning anda astronoomidele sihtmärke elu tekitatud gaaside, nagu metaani ja süsinikdioksiidi otsimiseks.
AURUSTUV PLANEET. 2003. aastal avastasid astronoomid planeedi, mille tähis on HD 209458b. See asub oma ematähele nii lähedal, et on kõrbenud nagu ööliblikas, kes lendab leegile liiga lähedale. Lõpuks jääb planeedist järele vaid selle metalne tuum.
ESA/A. VIDAL-MADJAR/NASA
KOKKUPÕRKUV. Kolme
miljardi aasta pärast triivib Linnuteele lähim spiraalgalaktika M31 ehk Andromeda galaktika, piisavalt lähedale, et liituda meie kodugalaktikaga.
Rühmades ja parvedes olevad galaktikad mööduvad sageli üksteise lähedalt. Mõnikord põrkuvad nad aga kokku ja liituvad vaatemänguliselt. Linnutee on domineeriv hõimuliige
galaktikatest, mida nimetatakse kohalikuks rühmaks.
Astronoomid tunnevad ära selle rühma enam kui 50 liikme, millest enamik on üsna väikesed. Kuigi kohaliku rühma galaktikate vahel on palju ruumi, tekib küsimus: kas Linnutee kunagi ühineb mõne oma naabriga?
Tegelikult moodustus meie galaktika varasemate ühinemiste tulemusel ja see on veel paljude tulevaste sündmuste areen. Galaktika kujunemise ja evolutsiooni kõige tõenäolisem stsenaarium viitab sellele, et galaktikad kasvasid varajases universumis,
ühinedes paljude väikeste protogalaktikatega. Teadlased arvavad, et oma eluea jooksul on meie galaktika purustanud ja kannibaliseerinud koguni 100 protogalaktikat.
Kuid galaktikate ühinemismaania jätkub. Astronoomid näevad tõendeid selle kohta, et Linnutee on viimase paarisaja miljoni aasta jooksul ahminud endasse koguni tosin väikest galaktikat. Nende ühinemiste tulemusel ei ole kahe suure galaktika kokkusattumisel täheldatavad massiivsed tähtede tekkepursked. (Vt "Mis juhtub, kui galaktikad põrkuvad?" lk 78). Need ühinemised
toimuvad hoopis siis, kui Linnutee rebib laiali ja neelab aeglaselt talle liiga lähedale eksinud väikesed kääbusgalaktikad.
Kuidas teavad astronoomid iidsetest Linnutee galaktikate ühinemisest? Tõendid on hajutatud meie galaktika halos tiirlevate kerakujuliste täheparvede ja vanade tähtede registris, mis ulatub kaugele selle ketta kohale ja alla.
Astronoom Dougal Mackey, Austraalia riikliku observatooriumi teadur, on neid objekte põhjalikult uurinud. Ta leiab, et vanemad klastrid on Linnutee moodustumise jäänused. Nooremad võivad aga olla Linnuteele imporditud kääbusgalaktikatest, mille see on neelanud. Nende objektide, nende asukohtade, kiiruste ja olemuse kataloogimine võib aidata astronoomidel rekonstrueerida meie galaktika liitumiste ajalugu.
Praegu on käimas vähemalt üks ühinemine. Linnutee kisub laiali ja neelab väikest kääbusgalaktikat, mida nimetatakse Sagittarius Dwarf Spheroidal (Amburi kääbussfääriliseks). Galaktika asub Amburi tähtkujus ning tähtede, gaasi ja prahi voog teiste taevaosade kohal näitab, et seda praegu rebestatakse. Koos astronoom Gerry Gilmore'iga kahtlustab Mackey, et Linnutee on viimasel ajal kogenud vähemalt seitset ühinemist selliste kääbusgalaktikatega nagu see ja võib-olla palju rohkemgi.
"Peotäis ühinemisi ei ole vastuolus vaadeldavate jäänustega," ütleb Mackey. "Minu arvates ei ole kahtlust, et avastatakse veel tõendeid, tõenäoliselt tähevoogude kujul nagu need, mida on täheldatud Amburis." Astronoomid teatasid 2018. aasta alguses 11 uue tähevoo avastamisest Linnuteel, mis suurendas voogude koguarvu umbes 35-ni.
Sfääriliste kääbusgalaktikate allaneelamine on üks asi. Suured ühinemised on palju ohtlikumad, palju traumeerivamad. Linnutee põrkub mitme miljardi aasta pärast kokku taeva kõige kuulsama, Andromeeda galaktikaga (M31). See kohaliku rühma suurim liige, hobiastronoomide lemmik, liigub Linnutee poole kiirusega umbes 400 000 km/h. Selle kiirusega, 3–4 miljardi aasta pärast, hakkavad kaks hiiglaslikku spiraali ühinema. Tulemus võib sarnaneda Antennide või Hiirte galaktikatega, mida me praegu haarade embusesse lukustatuna näeme.
"Tõenäoliselt on see üsna segane asi," ütleb Mackey tulevase Andromeeda kohtumise kohta. "Kahe galaktika vahelised gravitatsioonijõud moonutavad ja häirivad neid mõlemaid, saates tohutuid tähesambaid galaktikatevahelisse ruumi, mis eemalduvad
LÕUNASÖÖK PILVES.
Tähtede tekkepursked plahvatavad Linnuteele suunduvas satelliitgalaktikas N11B, Suur Magellani gaasija tolmupilves (LMC). Kuigi see asub umbes 160 000 valgusaasta kaugusel, tõmbab Linnutee LMC aja jooksul endasse ja "sööb" ära.
jäädavalt. Esimene lähedane läbimine ergutab loodete sabasid ja toob tõenäoliselt kaasa ka tähtede "silla" Linnutee ja Andromeeda vahel."
Mackey selgitab veel: "Pärast esimest läbitungimist liiguvad galaktikad teineteisest lahku, kuid pendeldavad siis taas kokku tagasi, heites välja rohkem tähevooge ja häirides kumbagi galaktikat veelgi. See tsükkel toimub korduvalt, tootes üha keerulisemaid väljaheidetud tähtede kogumeid."
Vastastikune mõju paiskab kosmosesse tähti, tolmupilvi, gaasi ja planeete, kuid iga läbimine lähendab kahte moonutatud galaktikat. "Lõpuks ühinevad nende kõige tihedamad piirkonnad, mida ümbritseb keeruline tähtede halo," ütleb Mackey.
Need saavad olema Linnutee elanike jaoks põnevad ajad.