Nobelleeritud supernoovad ja Universumi kiirenev paisumine

Kaks sõltumatut, teineteisega võistlevat teadusrühma teatasid 1998. aastal peaaegu üheaegselt, et ülikaugete supernoovaplahvatuste heleduse mõõtmine näitab, et Universum paisub kiirenevalt. Selle teadustöö eest pälvisid üht töörühma juhtinud Saul Perlmutter ning teist töörühma juhtinud Brian Schmidt ja Adam Riess käesoleva aasta Nobeli füüsikapreemia. Antti Tamm (Tartu Observatoorium) avab astronoomia.ee-s värskete Nobeli preemia laureaatide ning nende uurimistöö tausta:

1929. aastal mõõtis USA astronoom Edwin Hubble galaktikate spektreid ning leidis, et kauged galaktitad eemalduvad meist seda kiiremini, mida kaugemal nad asuvad, st avastas, et Universum paisub. Aga kuidas see paisub – kas ühtlase kiirusega, aeglustuvalt või kiirenevalt? See on fundamentaalfüüsika jaoks oluline küsimus, mille vastus ütleks meile, milline on Universumis peituva energia hulk, milline on olnud Universumi ajalugu ning milliseks kujuneb Universumi tulevik. Intuitiivselt tundub loogiline, et Suurest Paugust alguse saanud paisumine peaks gravitatsiooni vääramatu toime tõttu tasapisi aeglustuma ja võib olla ka peatuma ning kokkukukkumiseks ümber pöörduma.

Universumi paisumise ajalugu saab uurida üksnes väga kaugeid objekte vaadeldes, et kosmoloogilised efektid ilmsiks tuleksid. Idee on iseenesest lihtne: tuleb täpselt mõõta mingi hästituntud objekti heledust ning spektri punanihet ehk meist eemaldumise kiirust. Võrreldes objekti eeldatavat heledust mõõdetud heledusega saame hinnata, kas objekt asub sellisel kaugusel, nagu eemaldumiskiiruse põhjal oletada võiks. Arvukad katsed sellist analüüsi kaugeid galaktikaid uurides läbi viia on siiani luhtunud, sest galaktikad arenevad kosmoloogilises mõttes suhteliselt kiiresti ning nende tegelikku heledust on raske hinnata.

Galaktikatest tunduvalt paremateks “standardküünaldeks“ on kindlat tüüpi täheplahvatused – Ia-tüüpi supernoovad, mis seni teadaolevalt on küllaltki täpselt ühesuguse tegeliku heledusega. Ühesugust heledust aitab hästi mõista ka nende täheplahvatuste arvatav tekkemehhanism – plahvatus toimub, kui valge kääbustäht on oma naabertähelt nii palju ainet kogunud, et tema mass ületab Päikese massi täpselt 1,4-kordselt. Taoline plahvatus peaks igal ajal ja igas kohas toimuma täpselt ühtemoodi. Lisaks on Ia-tüüpi supernoovad väga heledad ja seega tuvastatavad ka väga kauges Universumis.

Tänavused nobelistid (õigemini nende uurimisrühmad) leidsid teineteisest sõltumatult ja erinevate vaatlusandmete alusel täiesti ootamatult, et kauged Ia-tüüpi supernoovaplahvatused on väiksema heledusega kui nende kaugenemiskiiruse põhjal võiks arvata. Ehk ümberpööratult – nad kaugenevad eeldatavast kiiremini. Sellest järeldub midagi täiesti ebaloomulikku – Universumi paisumiskiirus on valguse teekonna kestel suurenenud ehk Universum paisub kiirenevalt, vastupidiselt gravitatsiooni mõjule. Sellise käitumise põhjendamiseks on mängu toodud nn tume energia – senitundmatu energiavorm, mis tegutseb gravitatsioonijõule vastu ning surub galaktikaid üksteisest eemale.

Kuid kas Ia-tüüpi supernoovad on ikka nii head „standardküünlad“, et nende põhjal kogu senine arusaam Universumi ehitusest ja olemusest pea peale pöörata? Võibolla olid varajases Universumis täheplahvatused veidi teistsugused, oli ju Universumi keskmine keemiline koostiski veidi erinev. See küsimus kummitab veel küllaltki paljude teadlaste peades, mistõttu võib tänavust füüsikapreemiat veidi ennatlikult jagatuks pidada. Siiski ei saa salata selle teadustöö laia mõju – teadlastele on lisandunud kõvasti peamurdmist, suur osa kosmoloogiaõpikud on ümber kirjutatud ning üldsusele on antud järjekordne tõuge mõtisklemaks, mis kummaline paik see Universum on.