Uue millenniumi üleminekuaasta 2000 algupoolel käsitlesime ühes "VAATLEJA" artiklis seda, mida astronoomid taevas näevad ja vihjasime, kuidas sellest võib tulu olla kosmoloogia, Universumiteaduse jaoks. Vaatleme selles osas kuidas kosmoloogid seletavad taevas nähtavat. Universumis toimuva seletamiseks on kosmoloogid mõelnud välja teooria, mille üldlevinud nimi on

SUURE PAUGU MUDEL.

See on Einsteini poolt 1917. aastal loodud üldrelatiivsusteooria võrranditel põhinev ja Aleksandr Fridmani poolt 1922. aastal lahendatud mittestatsionaarse (paisuva) Universumi mudel, mida kinnitas vaatlustest Edwin Hubble'i poolt 1929. a. avastatud galaktikate eemaldumine (mis avaldub kosmoloogilise punanihkena nende spektrites). Sellele lisas George Gamow 1946. aastal algselt kuuma Universumi koos seal sisalduvate (õigem oleks öelda -- tekkinud) ainete retseptiga ehk nukleosünteesiga. Paar aastat hiljem ennustas Gamow ka Universumit täitva kiirguse -- jääkkiirguse kuumast Universumist ehk reliktkiirguse -- olemasolu. Eelpool öeldu oli kosmoloogidele (esialgu küll vaid vähestele) selge möödunud sajandi esimese poole lõpuks. Ja sellele poolsajandi teadmisele pani huumoriga i-le punkti tuntumaid kosmolooge Fred Hoyle (kes ise uskus statsionaarset Universumi), nimetades kogu selle teooria Suure Paugu kosmoloogiaks.

Sajandi teise poole kosmoloogia saavutus on kindlasti reliktkiirguse avastamine 1965. aastal, mis andis teadusüldsusele usu Suure Paugu mudelisse. Siitpeale on Suure Paugu teooria käsi käinud üldiselt hästi. Üha enam näitab reliktkiirguse mõõtmine, et algselt kuuma paisuva Universumi mudel sobib hästi vaadeldava Universumiga. 1989.a. üles lennutatud satelliidi COBE vaatlused näitasid, et reliktkiirgus on väga täpselt absoluutselt musta keha kiirgus temperatuuriga 2.738 K. Selline kiirgus saab olla pärit vaid varasest kuumast Universumist. Kuigi reliktkiirgus on väga ühtlane kiirgus üle kogu taeva, on tal siiski ka struktuur: temperatuuri ebaühtlused, mille suurus on aga vaid sajatuhandik temperatuuri enda suurusest (2.7 K). Samuti on ära mõõdetud kui suured on need reliktkiirguse häiritused nurkmõõdus taevas: nad ulatuvad kuni 10 nurgakraadini. Siiski on viimase paari aastaga kindlaks tehtud (eelkõige mõõtmistest õhupalli-sondide abil), et kõige suurem lainetus reliktkiirguses on umbes 1 kraadise lainepikkusega. Lainetus (pigem küll vaevumärgatav virvendus) reliktkiirguses kinnitab, et Universumil oli juba väga vara, vähemalt juba siis, kui ta oli tuhat korda väiksem, olemas struktuur.

UNIVERSUMI STRUKTUUR

Seda et Universumis on aine jaotunud väga ebauhtlaselt näeme ka galaktikate jaotusest. Peame aga arvestama, et mitte kogu aine Universumis ei muutunud tähtedeks või galaktikateks. Nende ürgainest tekkimise "kasutegurit" püüab seletada Universumi struktuuri tekkimise teooria. Galaktikad on jaotunud parvedesse, millede vahel on suured galaktikatest tühjad alad. Selline galaktikate ebaühtlane jaotus ruumis ei saanud tekkida muidu, kui juba varakult, enne tähtede ja galaktikate sündi pidi aine Universumis olema mitteühlaselt jaotunud. Seda varast aine ebaühtlast jaotust peegeldavadki temperatuuri väikesed häiritused reliktkiirguses. Need häiritused on omakorda pärit ürgvälja kvantfluktuatsioonidest väga varases Universumis.

Suure paugu mudel ongi viimasel aastakümnel täiendatud külma tumeda aine mudeliga, mis kirjeldabki sellise struktuuri arenemist Universumis. Tume on see aine sellepärast, et me teda otseselt s.t. kiirguses ei näe. Külm on ta aga sellepärast, et tume aine on seal aeglaset liikuvate varasest universumist pärit osakeste kujul. Sellised osakesed, näiteks neutriinod, on tumeda aine kõige tõenäolisemad kandidaadid.

UNIVERSUMI VANUS

Iga Universumit seletada püüdev mudel peab andma vastuvõetava Universumi vanuse. Universumi vanust me saame ligikaudu hinnata mitmel erineval moel: tähtede vanuse järgi vanades täheparvedes, pika poolestusajaga radioktiivsete isotoopide sisaldusest Universumis ja ka näiteks kustuvate tähtede temperatuuri järgi. Universumi mudelist tulenev vanus (lihtsaim hinnang on paisumiskiiruse ehk Hubble'i parameetri järgi: praeguse paisumiskiiruse põhjal saame leida, millal Universum oli väga väike eeldusel, et paisumine on olnud ühtlane) peab sobima ülalkirjeldatud vanusehinnangutega. On imekspandav, et kõik nimetatud viisid annavad lähedased tulemused -- 10 - 15 miljardit aastat. Täpsem määramine seisab veel ees, kuid kokkulangevus veenab et Universumi tegelik vanus peaks olema neis piirides. Universumi vanus võib paisumiskiiruse muutumise tõttu aga osutuda ka veidi erinevaks, seda enam, et heledate supernoovade vaatlused kaugetes galaktikates Universumi sügavustes viitavad, et Universumi paisumine ei aeglustu vaid võib hoopis kiireneda. Ning võib-olla on Universum päris alguses paisunud väga kiiresti, mille käigus algselt väga tihe ja kõvera geomeetriaga Universumist on saanud tasase geomeetriaga Universum (seda ülikiiret paisumist nimetatakse inflatsiooniks).

KOSMOLOOGIA LÕPP?

Kuigi mitte kõik vaatlusandmed ei klapi selle teooriaga hästi, ei ole põhjust olnud siiski tõsiselt temas kahelda. Veelgi enam, Suure Paugu teooria ja ka vaatluste kiire areng on osutunud nii edukaks, et mitmed maailma juhtivad kosmoloogid arvavad, et varsti saavad kosmoloogia põhiküsimised vastuse ja kosmoloogia kui teadus jõuab lõppu. Arvatakse, et lähiaastatel tehakse kindlaks kosmoloogia olulisemad suurused ja parameetrid : paisumiskiirus, paisumiskiirendus, kogu aine ja energia (ka vaakumi energia) hulk Universumis ja seega ka tema saatus (kas paisub igavesti või asendub paisumine kokkutõmbumisega).

Praeguse Suure Paugu Universumi mudeli kohaselt elame paisuvas Universumis, mis oli algselt tihe ja kuum. Suure paugu teooria uuem täiendus on infatsiooniteooria, mis kirjeldab väga varast Universumit. See vaatleb juhuslikult kvanthäiritusest tekkinud ja kiire inlfatsioonilise paisumise läbinud Universumit, milles hiljem on külma tumeda aine stsenaariumi kohaselt arenenud Universumi praegu nähtav-mõõdetav struktuur ja galaktikate-tähtede maailm.

Juba sajandeid tagasi kujutati inimest otsivat seda, mis asub väljaspool taevavõlvi. Kas kaasaegne Universumi mudel suudab anda vastuse küsimusele : mis asub väljaspool seda paisuvat maailma? või kuhu see maailm paisub?

Piltidel on ettekujutus maailmast eri ajastutest : tähtede kristallsfäär keskaegses ettekujutuses (19.saj. gravüür) ja de Sitteri Universum (20.saj. karikatuur) -esimene mittestastionaarse Universumi mudel -- ning inimene.

Universumi piirid on praegu veel tabamatud, kuigi ka neile küsimustele otsivad kosmoloogid vastuseid. Kosmoloogia ei lõpe kindlasti ka järgneval aastatuhendel.