Enn Saar: ma uurin tumedaid asju
•• Kust astronoom tänapäeval oma andmed saab?
Suur osa andmeid tuleb satelliitidelt, nende eelis on, et Maa atmosfäär ei sega vahele. See on kõik suure ühistöö vili. Mina osalen näiteks Euroopa Kosmose-agentuuri (ESA) satelliidiga Planck seotud projektis, kus on ametis tuhande inimese ringis: ehitamisega, testimisega, andmetöötlusega ja nii edasi.
Aga maapealse teleskoobiga saadakse teist tüüpi andmeid, mille põhjal proovime galaktikate kaarte teha, et neid pärast uurida. Kunagi oli aeg, kui kümne galaktika omavaheliste kauguste mõõtmine andis juba korraliku artikli mõõdu välja, aga nüüd käivad nendes andmebaasides robotid, programmid, kes kaugusi määravad. Umbes poole miljoni galaktika vahekaugused on praeguseks mõõdetud. Viimases Sloani andmebaasis on üldse kokku miljard galaktikat, vaat sellised numbrid. Selge, et see ei ole ühe, kahe ega kolme mehe töö. Astronoomias tulevad uued avastused just uutest vaatlustest, see on see, mis mõtet toidab. Niisama tühja koha peal istuda ja mõelda, sellest asja ei saa.
•• Tartu ja Turu observatooriumi teadlased on tänavu avaldanud seni suurima galaktikagruppide kataloogi. Räägite ehk lähemalt?
See põhinebki viimasel Sloani andmebaasil, üks poolautomatiseeritud teleskoop on viis aastat andmeid kogunud. Seal on tükk taevast, umbes veerand. Tervet taevast me ei saa kunagi kätte, kuna oleme oma galaktika sees ja see on selline tolmune, ei paista läbi.
Meie kataloogis kasutati Sloani ülevaateandmeid, et leida sealt üles galaktikaparved. Kui praegu kaarti vaadata, siis galaktikad jaotuvad maailmas umbes samuti nagu meil talumajad – päris üksikuid on väga vähe ja kui mõni ongi, võib enamasti kahtlustada, et me pole tema naabruses nõrgemaid märganud, teleskoobid ei võta välja. Kõige rohkem on mitmikgalaktikaid, kus on kolm-neli galaktikat koos, nagu pisikene küla. Neid me nimetame galaktikagruppideks, aga kui mõnes grupis nähakse juba mõndasada galaktikat, siis seda nimetatakse galaktikaparveks. See on kujult juba regulaarsem, ilus, tugev, ümmargune nagu paras lind. Meie uurime neist gruppidest ja parvedest moodustuvat struktuuri – galaktikaparved on nagu suured võrgusõlmed ja nende vahel käivad galaktikaketid.
•• Struktuur on harmooniline?
Ei ole siin harmoonilist midagi, pilt on üsna segane. Ma ei tea, kas harmooniat maailmas olemaski on… Inimesel tekib universumi kärjekujulisest ehitusest kuuldes kujutlus mesilaskärjest, aga seda siin ei ole. Astronoomidele näib ta kärjena sellepärast, et nad olid harjunud pildiga, et on tähed, nende ümber tiirlevad planeedisüsteemid ja siis kogunevad tähed järgmisse suurde munasse, mis on galaktika. Teati, et galaktikad kogunevad galaktikaparvedesse, aga arvati, et ta lähebki niimoodi tõusvas joones, et tekib jälle mingi suurem parv. Selle asemel näeme hoopis hõrendatud võrku (Saar näitab arvutist mudelkujutist, mida võiks kirjeldada nagu veetilkadest kootud ja sassiaetud kassikangast). See, et ta läheb siin äärtes justkui natuke hõredamaks, tähendab lihtsalt seda, et me kõiki galaktikaid ei näe.
•• Ja galaktikad ehk võrgu osad liiguvad üksteise suhtes?
Ega nad suurt enam... Õigemini, galaktikad liiguvad küll, parves on nende kiirus umbes 1000km/s, parvi siduvates „kiududes” võib-olla mõnisada km/s. Aga kui nüüd arvestada vahepealse tühjuse mastaapi, siis sellise kiirusega ei jõua nad universumi eluaja jooksul suurt kuhugi. Liiguvad küll, aga struktuuri see suurt ei muuda. Üldiselt on nad tekkinud peaaegu samas kohas, kus nad praegu on.
•• 1970-ndatel avastas Jaan Einasto, Ants Kaasiku ja teie töörühm, et galaktikaid ümbritsevad tumeaine kroonid. Mis nad seal teevad?
Galaktikad tekivad tumeaine sees. Kui hakata universumi massi kokku lugema, siis kõige rohkem massi ja energiat on arvutuste järgi tumedas energias, see on umbes 73%. Umbes 22– 23% on tumeaine, ja see mõni protsent, mis üle jääb, on aine, millest on tehtud galaktikad ja meie, selline pudi seal peal.
Struktuur hakkab arenema niimoodi, et esialgu on universum kole kuum, rõhk on hirmus suur, see tasandab kõik ära, nii et selline universum on peaaegu sile. Seal toimuvad väikesed tiheduse häiritused ja need hakkavad tasapisi kasvama. Et tumeainet on hästi palju ja see graviteerub, siis esialgu kasvavadki tumeaine struktuurid. Tumeainega on see hea asi, et tal ei ole temperatuuri, ta on külm, ta võib kasvada kogu aeg, olgu ümberringi harilikku ainet kui palju tahes. Aga siis toimub etapp, mida me kutsume rekombinatsiooniks – universum jahtub laienedes nii palju maha, et aine eraldub kiirgusest. Tumeaine on selleks ajaks tükk aega kasvanud ja struktuure moodustanud, aga siis hakkab harilik aine tähti ja galaktikaid tekitama.
•• Mida me tumeainest teame?
Ega muud teagi, mõõtnud oleme teda ainult tänu sellele, et tal on kaal. Nii et gravitatsioon on praegu ainuke asi, mille abil teda üles saab leida. Kui me 1974. aastal tumeainet leidma hakkasime, siis füüsikud ei teinud sellest suurt välja, see ei olnud neile huvitav. Praegu on tumeaine uurimine muutunud elementaarosakeste füüsika väga oluliseks osaks, tehakse eksperimente tumeaine leidmiseks, pannakse näiteks detektoreid vanadesse sügavatesse kaevandustesse. Lootuses, et äkki on tumeainet, mis päris külm ei ole ja mille osakesed väga harva ikkagi natuke omavahel põrkuvad, otsitakse nende põrkeprodukte, teisi elementaarosakesi. Maa all sellepärast, et kosmosest tuleb igasugust muud segavat pudi ka.
Eesti keemilise ja bioloogilise füüsika instituudis tegutseb Martti Raidali töörühm, kes võtab osa tumeaine otsimise eksperimendist suures hadronite põrgatis. Kui tumeaine osakesed on olemas, siis on nad ilmselt üpris suure massiga, järelikult selleks, et neid leida, on vaja väga suure energiaga põrkeid. Raidal rääkis meile teisipäeval, et praegu loodetakse, et järgmise aasta märtsiks on teada, kas sealt tuleb tumeainet või ei tule.
•• Ja tume energia?
Tume energia on selline imelik asi, mille kohta füüsikalist teooriat ei ole. Kunagi Einstein kirjutas oma üldrelatiivsusteooria võrrandi üles, vaatas otsa ja üt-les, et siia sobiks veel sihuke konstantne liige, ja tõi sisse selle „kosmoloogilise konstandi”. Alguses arvati, et mingit füüsikalist põhjendust sellel ei ole ja seda ignoreeriti. Aga vaatlusandmed hakkasid mingil momendil näitama, et… Kui Suur Pauk käib, siis see annab universumile esialgu laienemise algkiiruse, aga raskusjõud töötab ju kogu aeg selle vastu. Normaalne oleks, kui laienemine kogu aeg vaikselt aeglustuks ja kunagi hakkaks universum kokku kukkuma ka.
•• Aga hoopis laieneb.
Siin tulid appi kaugete supernoovade vaatlused. Kui me siinseid ja kaugemaid galaktikaid võrdleme, siis on raske midagi järeldada, sest nad on aja jooksul kasvanud ja muutunud. Aga supernoovade plahvatused sõltuvad ainult tähe sees valitsevatest tingimustest ja on omavahelises võrdluses ilmselt alati ühesugused. Seega peaksime supernoova kaugust mõõtes oskama öelda, milline peaks olema tema heledus. Aga üllatus-üllatus, kaugemal paistavad nad nõrgemad, kui me arvaksime, mis tähendab seda, et tegelikult hindame kaugust valesti. Ja see näitab, et universum on viimasel ajal hakanud laienema, ja aina kiiremini. Vaatlused näitavad, et asjad lendavad laiali, päris seletada ei oska seda keegi. Teooriajupikesi, mis probleemi siit ja sealt torgivad, on päris palju, aga korralikku mõistmist tumeenergiast pole.
•• Kas astronoomide masinaparki on võimalik enam palju edasi arendada?
Mõnes mõttes on see raskem tõesti, praegu me püüame kinni pea kogu valguse, mis me saame. On mõiste detektori efektiivsus, mis tähendab, kui palju valgust sa kätte saad. Kui kunagi oli see efektiivsus umbes kümnendik, s.t 90% valgust läks kaduma, siis praegu läheneb efektiivsus sajale protsendile.
Suuresti on astronoomiat edasi viinud see, et kui me vaatlesime vanasti ainult optiliste vahenditega – näed nagu silmaga, ainult et laiemalt –, siis praegu on neile lisaks infrapunasatelliidid, raadiosatelliidid (rekombinatsioonietapist pärit reliktkiirguse mõõtmiseks), röntgenteleskoobid, mida Maal kasutada ei saa, ja gammateleskoobid, mis mõõdavad gammaplahvatusi, hästi suuri energiasähvatusi maailmaruumis. Gammateleskoobid avastavad selle sähvatuse, teatavad Maale ja robotteleskoobid, kuna nad on kogu aeg valmis, hakkavad seda kohta jälgima, sest pärast gammasähvatust on umbes tund või kaks midagi näha. Gammasähvatus on ka üks mõistatus, universum pakub meile selliseid kogu aeg. Praegusel ajal on selge, et kosmoloogia nõuab tegelikult revolutsiooni. Me teame maailmast nii palju, et meil on see 73% + 22%, ehk 95% maailmast, millest me ei tea midagi. Tumeenergia ja tumeaine on sellised ilusad sildid, aga mis seal taga on, ei tea.
•• Inimmõistuse piiride kättejõudmist te ei karda?
Ei. Inimaju teeb väga imelikke asju. Viimased suured teadusrevolutsioonid on toimunud juhuslikult. Inglise keeles on sõna serendipity, mis tähendab, et sa töötad ühe probleemi kallal, aga lahendad hoopis sellise, mida ei oota. Inimkonna elu ja ajutegevust on väga oluliselt muutnud infovahetus. Kui hakati neid esimesi pisikesi protsessoreid tegema, kes seda siis mõtles, et see nii kaugele välja viib. Ja see pole üldse ammu, 60-ndatel ju hakati neid esimesi väikseid kiipe tegema, sellepärast et satelliitidele oli vaja arvuteid, aga olemasolevaid mudeleid ei oleks sinna panna saanud.
•• Mida arvata multiversumi teooriast? Üritatakse ju ka reliktkiirgusest leida jälgi meie universumi kokkupõrgetest teistega.
Kui multiversumi teooriaga peale hakati, siis Andrei Linde rääkis, et tegelikult oleks kõige selgemaks tõendiks see, kui mingis suunas vaadates äkki tähed ja galaktikad kustuma hakkaksid. See tähendaks, et sealt tuleb teine universum meile kolinaga selga. Aga vaevalt, et seda nüüd reliktkiirgusest leida saab. Relikt on ju sellest ajast pärit, kui universum ise väga pisike oli ja tõenäosus, et üks universum teisele selga kolib… Noh, põhimõtteliselt võiks selline asi juhtuda igal ajal, aga ma arvan, et kui seda oleks juba reliktkiirgusest näha, siis meid enam siin selle koha peal ei oleks.
Multiversumitel on see suur häda, et kui me räägime eri universumitest, kes omavahel ei interakteeru, siis mis meil neist? Meil pole võimalust seda kunagi kontrollida. Esimene multiversumi-mees, keda mina tean, oli Gustav Naan, kelle teooria järgi on meie universumi kõrval peegeluniversum, aga sel pole meiega mingit vastasmõju. Selliseid võib postuleerida mitu miljonit, eks ole.
Aga selle teooria põhjus oli, et oleks lihtsam seletada, kuidas esialgne kiire laienemine toimub. Minu teada pole keegi veel kirjeldanud seda, mis siis juhtub, kui kaks universumit omavahel põrkuvad. Füüsikaseadused ja dimensioonid võivad erineda… Huvitav tegevus küll, aga see mudelite arv, mida võiks ennustada, on hirmus suur.
•• Kas elu ja teadvuse probleem on keemikute asi või pakub ka kosmoloogile huvi?
Mind kosmoloogina kindlasti huvitab elu ja selle tekkimise võimalus. Kosmoloogias on selline asi nagu antroopsusprintsiip, mis räägib, et saame olemas olla sellepärast, et meie universum ja meie füüsika on selline, nagu teda teame. Kui võtta ja muuta natuke füüsikalisi konstante, elektroni laengut näiteks või gravitatsioonitugevuse konstanti, ei saa tekkida aatomeid või ei teki piisavalt süsinikku, et kuskilt inimese tulla saaks… Aga see on selline tagantjärele printsiip. Seegi seondub multiversumiga. Kui universumeid oleks igasuguseid, siis ainult ühes või mõnes väga väheses saavad olemas olla sellised eluvormid nagu meil. See, et vaatleme ja olemas oleme, määrab ära meie füüsika olemuse.
•• Kas teadaolevast ruumist leiaks koha, kus oleks mõnusam astronoomiaga tegelda kui siin?
Huvitavamaid kohti kindlasti oleks, aga astronoomiat oleks seal teha raskem. Meie Päike on tähe kohta üsna igav, suurem osa neist on paaris, on ka mitmiktähti ja siis veel suured täheparved. Kui taevas oleks pidevalt sõeluvaid tähti täis, siis oleks väga raske aru saada, mis maailmas üldse toimub. Me elame planeedisüsteemis, kus gravitatsiooniseadused on päris lihtsad, nii et Newtonil ja Kepleril oli ikka päris kerge. Proovi sa kas või kolme tähe süsteemis planeetide orbiite kirja panna.
•• Kui lootusrikkalt eesti astronoom tulevikku vaatab?
Halvasti läks meil 90-ndate alguses, kui meil jäeti järele umbes kolmandik sellest, mis enne oli, ja oli aeg, kui tudengid ei läinud pea üldse reaalteadustesse. Ilmselt said aru, et on võimalus ka raha teenida. Keskealiste koha pealt on meil auk sees, aga noori on viimasel ajal väga hoolega tekkinud. 10–12 noort on alles kaitsnud doktorikraadi, uusi magistrante tuleb juurde, aktiivsus on ilus.
•• Ja väliskoostöö?
ESA-ga saame koostööd teha vaatluste planeerimisel, hea oleks, kui saaksime sama teha mõõteriistade ehituses, aga see nõuab väga suurt ressurssi. Meil on tõsine plaan ühineda Euroopa Lõunaobservatooriumiga (ESO). See on umbes nagu Euroopa Liit astronoomias, maailma võimsaim astronoomiaorganisatsioon, millel on kõige paremad teleskoobid. Kui te viimast Bondi-filmi vaatasite, siis sealne madin toimubki Tšiilis VLT ehk Väga Suure Teleskoobi peakorteris. ESO ehitab praegu teleskoobisüsteemi, mille nimi on ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), paarikümnest suurest raadioteleskoobist koosnev komplekt. See töötab lühilainelises raadiokiirguses, sinnakanti aga on punanihkunud esimeste galaktikate kiirgus. ALMA hakkab seega väga kauget universumit vaatama.
ESO järgmine projekt on ehitada 42-meetrise läbimõõduga optiline teleskoop, mille nimeks saab Eriti Suur Teleskoop. Võrdluseks – Tõravere suure teleskoobi läbimõõt on poolteist meetrit, maailma suurimad on praegu kümnemeetrised.
•• Kas mõnelt mõõteriistalt võiks lähiajal mõni astronoomiline pommuudis tulla? Andmed tulevad sisse pidevalt, aga selleks et kasutada, tuleb oodata, millal neid ports kätte tuleb, enne pole mõtet hakata tegelema, kui terve taevas on korra üle käidud.
Näiteks reliktkiirgust mõõtva Plancki satelliidiga on nii, et aastaga on kaks tiiru taevast üle käidud, esimesed andmed on käes ja seni ei ole mingit pauku tulnud, nii et vaevalt et ka edaspidi tuleb. Lihtsalt järgmised kiirgusemõõtmised lubavad meil andmeid täpsemaks ajada.
•• Nii et seda pommuudist tuleks pigem oodata CERN-i hadroni-põrgatilt?
Praegu on küll see hetk, et kui tumeaine osake avastatakse, läheks astronoomide elu palju kergemaks. Siis kukub palju mitmesuguseid muid teooriaid ära. Kui praegu CERN-is midagi avastatakse, siis see võiks panna kinni kõik need paralleelsed musta aine otsingud, aga ei ta pane, inimesed tahavad tööd teha ja otsivad vajaduse korral teist sorti musta ainet edasi. CERN-i eksperimendis on siiani avastatud kõiki teadaolevad osakesi, mis tähendab, et masin on käima läinud, aga midagi uut veel leitud ei ole.
Eluloolist
Enn Saar
Sündinud: 4. märtsil 1944
•• Lõpetas 1966 Tartu ülikooli teoreetilise füüsika eriala
•• 1972 füüsika-matemaatikakandidaat (mittehomogeensused kosmoloogias)
•• 1991 astronoomiadoktor (universumi makrostruktuuri geomeetria)
•• 1968–1993 töötas Eesti TA astrofüüsika ja atmosfäärisfüüsika instituudis
•• 1995– … Tartu observatooriumi vanemteadur
•• 1998– … Tartu observatooriumi kosmoloogia osakonna juhataja
