Veel kakskümmend aastat tagasi arvas enamik kosmolooge, et universumit valitseb tumeaine. Tumeenergiat peeti kurioosumiks. Kuid nüüdseks, mil on uuritud Suurest Paugust säilinud jääkkiirgust ja galaktikate ning kaugete supernoovade suure-mõõtmelist struktuuri, on võe-tud omaks nn standardne kosmoloogiline mudel. Ja selle kohaselt on inimene hoolimata kavalatest seadmetest, millega universumi ehitust uurida, üsna pime. Me näeme ja tunneme vaid nelja sajandikku mateeriast. Universumi tihedusest moodustab aga tumeaine kuus korda enam ehk 23 protsenti ja tume-energia koguni 73 protsenti.

Millest tumeaine koosneb ja kust tuleb tumeenergia, selle üle oskavad teadlased vaid vaielda. Olukord on nagu parimates kriminaalfilmides – tumedate jõudude olemasolu universumis ilmutab vaid hulk kaudseid tõendeid. Astronoomid pole siiski alla andnud ja loodavad Hercule Poirot’ või miss Marple’i kombel koguda kokku ühte tuppa need elemendid, mis tumeaine ja tumeenergia eest vastutavad.

On kindel, et gravitatsioon aeglustab universumi paisumist. Kuid kindel on seegi, et universum paisub hoopis kiiremini ning seda osatakse seletada vaid nõnda, et olulist osa mängib energia, mis mitte ei tõmba enda poole nagu meile tuntud tavaline aine, vaid hoopis tõukab eemale. Selle tumeenergiaks nimetatud energia toimet on nähtud kaudselt ja üha uute kavalate meetoditega.

Universumi ehitusest on saadud pilt erinevate tõendusjuppide kokkukleepimise teel.

Üht uut meetodit, mille abil universumi ehitusest täpsemat teavet saada, kirjeldavad Prantsusmaal Marseilles asuva Provence’i ülikooli teadlased Christian Marinoni ja Adeline Buzzi teadusajakirja Nature möödunud nädala numbris.

Albert Einsteini suur avastus oli, et universumi ehitus sõltub selle materiaalsest sisust. Nõnda et põhimõtteliselt võime mõõta universumi geomeetriat ja selle kaudu otsustada selle sisu üle, ehk siis ka tumeaine ja tume-energia sisalduse üle. 1917. aastal lisas Einstein oma võrranditele ühe liikme, kosmoloogilise konstandi, mis pidi seletama statsionaarset, mittepaisuvat universumit. Kui selgus, et universum hoopis paisub, hakkas Einstein seda konstanti nimetama oma suurimaks prohmakaks. Kuid nüüd võib selguda, et Einsteini kosmoloogiline konstant on parim viis, kuidas seletada tumeda energia päritolu ja suurust.

Me ei saa oma päikesesüsteemi väliste kosmiliste objektide kaugusi mõõta otse, sest mingit mõõdulinti pole võtta. Tuleb loota Hubble’i seadusele, mis väidab, et galaktikate eemaldumise kiirus on võrdeline nende kaugusega meist. Mida kaugemal on galaktika, seda kiiremini ta meist eemaldub. Eemaldumise kiirust saab mõõta, kasutades Doppleri efekti, mis nihutab eemalduva galaktika poolt kiiratud valgust spektri punase otsa poole ehk tekitab nn punanihke. Suurem punanihe tähendab ka suuremat kaugust. See, kuidas punanihked ja otseselt jälgitavad nurgad taevas on jaotunud, sõltub universumi geomeetriast.

Kui meist kaugel asuv objekt on sfääriline ja paisub ühes universumiga, siis mõõtes punanihkeid selle sfääri pinna eri punktides, saab kaardistada objekti kuju. Kui objekt, mis peaks olema sfääriline, näib moonutatuna, siis järeldub, et universumi geomeetria on ebaühtlane. Kuid sfäärilisi paisuvaid objekte pole kahjuks olemas.

Marinoni ja Buzzi kasutasid teineteise ümber tiirlevate galaktikapaaride omavahelisi orientatsioone. Kui kõik suunad oleksid võrdsed, siis oleksid ka orientatsioonid täielikult juhuslikud. Kuid kui paaride orientatsioonid on jaotunud ebaühtlaselt, siis on ka universumi sisu mitte ühtlane, vaid ebaühtlane (vt joonis).

Lame universum

Universum võib olla kas lame nagu tasapind, sfääriline nagu maakera või hoopis sadulakujuline. Senised teooriad on toetanud lamedat universumit ja ka uus lähenemine kinnitab sedasama.

Teadlased mõõtsid lähemate ja kaugemate galaktikapaaride jaotust ning üsna keerulise rehkenduse tulemusena jõudsid järeldusele, et universumi sisu vastab standardsele kosmoloogilisele mudelile, mis tähendab, et universumi geomeetria on lame. Edasi – nad näitasid, et tumeenergia on tegelikult vaakumi energia, mida esindab Ein-steini kuulus kosmoloogiline konstant.

Muidugi saab Marinoni ja Buzzi töö põhjal universumi ehituse kohta midagi väita vaid teatud tõenäosusega. Kuid ometi laiendab see astronoomide seas üldlevinud seisukohta tumeenergia päritolu kohta.

Mis puutub tumeainesse, siis on nüüdseks üsna kindel, et see ümbritseb galaktikaid halona või kroonina. Sellele järeldusele jõudsid teiste seas esimestena Eesti astronoom Jaan Einasto ja tema kolleegid 1970. aastatel. Astronoomid arvavad, et halod moodustusid varases universumis. Kui tavamateeria on võimeline moodustama mitmesuguseid keerulisi struktuure, nagu tähed, planeedid ja tähekogud, siis tumeaine tavaainega ei suhtle, või kui, siis gravitatsiooni kaudu, mis on aga vastastik-mõjudest kõige nõrgem. Nõnda on tumeaine jäänud oma algsesse seisukorda.

Tumeenergia ainus roll universumis on kiirendada selle paisumist, tumeainel on aga pistmist ka algosakeste ja aatomite maailmaga. Tumeaine ja tume-energia võivad olla omavahel vastastikmõjus. Igatahes on mõ-lemal võrreldav tihedus. Tume-energia on vaid kolm korda tihedam tumeainest, mis ei pruugi olla juhuslik.

Tumeaine tundub olevat nähtamatute osakeste meri, mis täidab ruumi ebaühtlaselt. Kuid tumeenergia on jaotunud ühtlaselt ja toimib, justkui oleks kootud ruumi kangasse. Arvatakse, et tumeaine on universumi varjatud külg oma rikka siseeluga. See võib koosneda rikkalikust osakeste loomaaiast, mis avaldavad vastastikku mõju meile tundmatute jõudude kaudu.

Seepärast loodetakse tumeaine kohta midagi teada saada pigem mikromaailmast kui kaugest universumist. Nõnda võib ka Euroopa tuumauuringute keskuse uus suur hadronite põrgati anda teada mõnest tumeaine seni teadusele teadmata osakesest.

Igal Juhul võite olla kindel, et selle ajaga, mil te seda lugu lugesite, põrutas läbi teie keha lugematu arv tumeaine osakesi. Et ellu jäite, selle eest tuleb tänada tumeaine äärmiselt suurt suhtlemisbarjääri meie keha moodustava tavaainega.