Millenniumivahetus on tekitanud mitmesuguseid meeleolusid, nii rõõmsaid kui ka vähem rõõmsaid. Inimene püüab mõtestada iseenese olemist, ühiskonda ja maailmakõiksust, ja seda nii argimõtlemise kui teaduse, nii teoloogi kui müütilise maailmanägemuse kaudu. Näib, et kõik need lähenemised on inimkonnale vajalikud.

Siinne kirjatükk püüab Universumist ettekujutust anda nii, nagu seda näevad kosmoloogid. Seega siis järgides neid "mängureegleid", mida nimetatakse füüsikaseadusteks ja teaduses üdltunnustatud printsiipideks. Kõigi aastanumbrite muutumine on aga ka kosmoloogides tekitanud meeleolusid, mis ulatuvad kõige pessimistlikumatest kuni ülioptimistlikeni välja: "kosmoloogia on läbi" või "kosmoloogia nüüd alles algab", aga ka ajarännete võimalikkusest. Katsume järgnevas leida vastuse, kas need küsimused on ikka õigustatud.

Teeme esialgu lühikese ülevaate, mida Universumis vaatlustest näha võib ja siis vaatleme, kuidas kosmoloogid sellest aru saavad. Vaatlusfakti, selle tõlgendust, teooriat ja julget hüpoteesi tuleks kosmoloogias kindlasti eristada.

1. MIDA ME TAEVAS NÄEME?

Kõige silmatorkavamad on muidugi

TÄHED.

Tähed on looduse väljapaistvamaid "leiutisi". Olles imeväiksed maailmaruumi tühjusega võrreldes (täheaine on äärmiselt tihedalt kokku surutud kui võrrelda tähe suurust ja tähtedevahelist kaugust), on nad seejuures võimsad jõujaamad, mis saavad oma energia gravitatsioonist ja tuumakütuse põletamisest nende keskel. Nende elujoont nagu inimese saatust määravat käejoont kirjeldab selgesti üks joon värvi-heleduse diagrammil (ehk Hertzsprung-Russelli diagrammil).

Seetõttu on tähtede võimalikud saatused meile üsna hästi teada. Aga ka Universumi vanuse annavad nad meile teada, sest "käejoon" diagrammil määrab ka tähtede eneste vanuse. Ja noorem ei saa Universum tähtedest kuidagi olla. Tähed võivad lõpetada oma elukäigu vaikselt kustudes valge kääbusena, aga võivad (kui on masiivsed) plahvatada ka supernoovadena, muutudes sel korral nähtavaks peaaegu kõikjal Universumis, kui ainult aega antakse.Tähti on seega võimalik näha kaugelt Universumi piirimailt ehk varasest noorusajast. Supernoova lööb meile nähtavalt särama ka kõige kaugemas galaktikas, enegiat tal selleks jätkub. Ainult valguse kiirus on kõigest 300 000 km/s ja võtab miljardeid aastaid enne kui ta meieni jõuab. Seevastu on informatsioon, mida see kiirgus meile annab, hindamatu väärtusega. Viimaste aastate kõige huvitavamad uudised kosmoloogias tulevadki supernoovadelt.

KOSMILINE HAJUSAINE: GAAS JA TOLM.

Hajusal kujul esinevat ainet on hoopis raskem näha, seda nii palja silma kui ka võimsate teleskoopidega. Aga esineb teda kõikjal Universumis : nii külmal, kuumal kui ka ülitulisel kujul. Arvatavasti on kõik tähedki tekkinud algselt hajusa gaasi kuhjumisest külgetõmbejõu abil. Kümnete miljonite kraadide kuumune gaas kaugetes galaktikaparvedes, mis annab aga olulise osa Universumi aine tihedusest, on muutunud meile nähtavaks röntgenkiirguses. Tolm saab nähtavaks kui ta jääb kaugema valgusallika ette ja neelab osa selle valgusest enna kui see meieni jõuab. Aga ka ülikaugetes galaktikates vaadeldakse tolmu, kus ta tähetekkepiirkondades soojeneb tekkivate tähtede valguses ja on nähtav infrapunateleskoopidega. Kõikjal esinevat külma (neutraalset ehk ioniseerimata ) vesinikku võime näha aga raadiokiirguses 21 cm lainealas. Igatahes on gaas ja tolm olulised osalised Universumi saladuste mõistmisel.

GALAKTIKAD.

Erinevalt tuhandetest tähtedest on galaktikaid palja silmaga näha vaid ainult 4 tükki : Linnutee e. meie Galaktika, Suur ja Väike Magalhaesi Pilv ning läbi raskuste ka Andromeeda udu. Ja neiski näeme Eestimaa taevas vaid esimest ja viimast, Pilved jäävad vaid löunataevast ehtima. Sellegipoolest on galaktikad kosmoloogia jaoks väga tähtsad, sest neid vaadeldes saavad kosmoloogid peamise teabe Universumi kohta. Kui tähtede maailmas käib elu Hertzsprung-Russelli diagrammi järgi, siis Galaktikate liikumist juhib Hubble'i diagramm. Sadade miljardite galaktikate laialilendamist juhib Hubble'i seadus : mida kaugem on galakika, seda kiiremini ta meist eemaldub. Seos kauguse ja kiiruse vahel on seejuures võrdeline, vähemalt jämedas laastus (võrdeteguriks on Hubble parameeter e. konstant Ho). Sellest vaatluslikust tõsiasjast järeldub paratamatult Universumi paisumine. Et see paisumine võib olla kiirenev, on selgunud just paari viimase aasta jooksul nendesamade supernoovade vaatlustest. Galaktikaid me näeme (eelkõige tänu neis sisalduvate tähtede helendumisele, aga mitte ainult !) kaasaegsete suurte pikksilmadega nii kaugel, et galaktikad ise ja kogu Universum oli siis veel palju noorem. Ka galakikatevaheline kaugus oli siis väiksem (järeldusena paisumisest). Praegu on kaugeimad vaadeldud galaktikad punanihetel z=6 (punanihkest vaata interneti-raamatust Kosmoloogia http://www.obs.ee).

KVASARID

Kvasarid olid mitu aastakümmet kosmoloogia salapärasteks objektideks ja on vaid tasapisi oma saladusi avanud. Olles heledad galaktikate tuumad, annavad nad märku galaktikate aktiivsest eluperioodist. Praegu on astronoomid arvamusel, et igas galaktika tuumas asub kvasar, mis aga enamikus on kustunud või õigem oleks õelda,et on oma jõu kaotanud. Ja kvasari kolossaalse energia allikaks on arvatavasti ülisuur must auk galaktika keskel. Kvasarid asuvad seega siis nagu galaktikadki kosmoloogilistel kaugustel ja nende uurimine annab ka Universumi kohta palju huvitavat teada.

GALAKIKAPARVED JA SUPERPARVED.

Gravitatsioon ajab ka galaktikad kuhja, nii nagu tähed parvedesse ja gaasipilved tähtedeks. Need parved ongi kõige suuremad gravitatsiooniliselt seotud süsteemid Universumis (nendes sisaldub suur hulk ainet, ka varjatud ehk tumedat ainet). Suuremad ei ole lihtsalt Universumi eluaja jooksul jõudnud tekkida, sest gravitatsioon vajab ka aega, et ainet ühest kohast teise liigutada. Ja see teeb veelgi suuremad süsteemid huvitavaks : nendes on säilinud Universumi ehitus sellisena nagu ta tekkis, sest gravitatsioon pole neid jälgi suutnud "ära kustutada".

2. MIDA ME TAEVAS EI NAE?

(ehk mitmesugused "tumedad jõud", mille olemasolus kosmoloogid millegipärast väga ei kahtle!)

ÕÕTAEVA PIMEDUS

See küsimus, miks öötaevas on pime, polegi nii lihtlabane nagu esimesel pilgul võib tunduda. Selle üle murti pead juba sajandeid tagasi. Kui teeme oletuse, et tähti on Universumis lõpmatult palju, peaks öötaevas olema sama hele nagu Päike päeval. Et see nii ei ole, siis peab kas tähti olema lõplik arv või peavad nad olema säranud mitte igavesti. Õõtaeva probleemile annab õige lahenduse kaasaegne kosmoloogia, mis väidab, et Universum pole lõpmatu ruumis ega igavene ajas. Pime öine taevas on lihtsaim vaatluslik tõend paisuvast Universumist.

TUME AINE EHK VARJATUD MASS

Juba ligi 70 aastat on astronoomid kahtlustanud tumeda nähtamatu aine olemasolu galaktikais, galaktikaparvedes ja ka kogu Universumis. Seni on see jäänud üheks suureks saladuseks, kuigi osa puuduvast massist annavad nähtavasti neutriinod, pruunid käabustähed ja ehk veel mõned tuttavad taevakehad. Igatahes on tumeda aine leidmine väga oluline ka Universumi saatuse seisukohast, sest see sõltub aine ja energia keskmisest tihedusest.

MUSTAD AUGUD

Mustad augud on nii rasked taevakehad, et valgus ei pääse neist välja. Musti auke on Universumis mitut liiki: väikese massiga ürgtekkelised mustad augud, mis tekkisid koos Universumiga on praeguseks ajaks lagunenud, tähe massiga mustad augud, mis tekivad masiivsete tähtede keskel tähe elu lõpul ning ülimassivsed mustad augud galakikate tuumades( vt eespool juttu kvasaritest). Viimaste mass võib olla sadu miljoneid Päikese masse. Mustad augud on vaatlulik fakt ja mitte ainult teoreetikute ennustus, sest aine liigub musta augu ligiduses iseäraselt ja sellist aine liikumis on tõepoolest vaadeldud nii tähtede ligiduses kui galaktikate keskel. Mustad augud võivad olla energiaallikateks kvasaritele ning anda osa ka tumeda aine massist.

TUME AJASTU

Tume ajastu hõlmab kosmoloogilisi punanihkeid, mis jäävad suuremaks kui näiteks Z = 10. See ajastu on nagu pime keskaeg , millest keegi suurt midagi ei tea. Enne seda valitses Universumis (siis veel) kuum reliktkiirgus, oli valgust ning kõik toimuv oli arusaadavam ( nagu antiikaeg !) Universumi paisudes reliktkiirgus jahtus, aga tähed ja galaktikad polnud veel tekkinud. Siis oligi ajastu, mil Universumis midagi ei helendanud. Kuidas toimus esimeste meile tuttavate taevakehade tekkimine on suuresti veel saladus (vähehaaval toimub nende tekkimine ka preagu!). Nii, et mitmes mõttes tume aeg. Tulevikus loodavad kosmoloogid raadiovaatluste teel ka sellest ajast midagi teada saada.

RELIKTKIIRGUS

See jääk-kiirgus varasest Universumist on praeguseks Universumi paisumise tõttu jahtunud ning seetõttu pole silmaga nähtavas valguses näha. Teda saab vaadelda sub-millimeeter lainealal. Ta on väga ühtane kiirgus üle kogu taeva. Kui aga õnnestub mõõta reliktkiirguse ebaühtlused (häiritused), saab teada milline oli Universumi struktuur varasel perioodil ja kuidas ta võis tekkida, sest reliktkiirguse häiritustes on säilinud jälg väga noorest Universumist.

TUME ENERGIA

Kindlasti üks salapärasemaid asju kosmoloogias, mis on teoreetikute poolt sisse toodud, et seletada, mis paneb siis Univresumi paisuma. Esmakordselt tõi selle kosmoloogiasse juba Einstein kosmoloogilise konstandi nime all. Ja siis hoopis vastupidisel eesmärgil : et hoida Universumit statsionaarsena (mittepaisuvana või -kokkukukkuvana). Tänapäeval on see tume energia leidnud asukoha, nimelt vaakumi. Ja sellest vaakumi energiast arvatakse jätkuvat, et panna Universum kiirenevalt paisuma. Seda, et Universum paisub kiirenevalt, näitab kaugete supernoovade vaatlus.

Järgnevas osas vaatleme, mida kosmoloogid taevas nähtust on Universumi kohta teada saanud ja milliseid mudeleid Universumist loonud.