Seni valitseva kosmoloogilise standardmudeli kohaselt sai universum alguse Suurest Paugust ligi 14 miljardit aastat tagasi ja on sellest ajast saati paisunud. Üldlevinud arusaama järgi peaks see paisumine jätkuma igavesti, muutudes üha kiiremaks. Kuigi kosmoloogiline standardmudel (lambda-CDM) on seni töötanud võrdlemisi hästi, on hakanud uuemad mõõtmistulemused selles pildis kahtlusi tekitama. "On võimalik, et me ei paisu lõputult ja kukume mingi hetk kokku," sõnas KBFI vanemteadur ja üks uuringu autoritest Hardi Veermäe saates "Labor".

Pinge peamiseks allikaks on märtsis avaldatud andmed USA-s asuvalt DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) teleskoobilt. Eksperiment kaardistab kümnete miljonite galaktikate asukohti, et luua enneolematult täpne pilt universumi paisumise ajaloost. "Mida kaugemale vaatame, seda kaugemat universumit me näeme. Saame mõõta mitte ainult seda, kui kiiresti universum paisub praegu, mida näitavad supernoovad, vaid ka seda, kuidas universum paisus miljard või kaks miljardit aastat tagasi," selgitas Veermäe.

Need mõõtmised, kombineerituna varasemate andmetega kosmilise taustkiirguse ja supernoovade kohta, näitavad, et universumi paisumine on oodatust aeglasem. "Me leiame, et see kosmoloogiline standardmudel ei klapi enam hästi andmetega. [...] Paisumine on aeglasem, kui me ennustasime," lisas vanemteadur

Dünaamiline tumeenergia

Kosmoloogilise standardmudeli üks alustalasid on tumeenergia – salapärane jõud, mis moodustab hinnanguliselt ligi 70 protsenti universumi energiatihedusest ja põhjustab selle kiirenevat paisumist. Seni on kosmoloogid eeldanud, et tumeenergia tihedus on ajas ja ruumis muutumatu. "Kui universum paisub ruumalas kaks korda suuremaks, siis tihedus kukub kaks korda, aga tumeda energiaga seda ei juhtu, tema energiatihedus on konstantne," kirjeldas Hardi Veermäe.

DESI uued andmed viitavad aga sellele, et tumeenergia tihedus on hakanud vähenema. "Kuna energia on see, mis universumit suurel skaalal paisutab, ja kui paisumine on veidi aeglasem, siis tähendab, et meil on natuke vähem energiat, ehk siis tumeda energiatihedus ei saa olla päris konstantne, vaid ta on ajas veidi kahanenud," järeldas Veermäe.

Dünaamilise tumeenergia kirjeldamiseks on pakutud mitmeid teooriaid. Üks neist on kvintessents – hüpoteetiline väli, mis täidab ühtlaselt kogu universumit. "Tänapäeva füüsika on ikkagi valdavalt kvantväljateooria, kus kõiki osakesi kirjeldab mingisugune väli. Samuti võib tumeenergia olla kirjutatud mingisuguse väljaga. Tumeenergia on üks universumit täitev väli," selgitas Veermäe. Erinevalt standardsest tumeenergiast võib kvintessentsi välja energia ajas muutuda ja kahaneda.

KBFI teadlased kasutasid oma töös just sellist kvintessentsi mudelit, mis sarnaneb osakestefüüsikast tuntud Higgsi välja kirjeldava mudeliga. Nende analüüs, mis põhineb kahel hiljutisel teadusartiklil, näitas, et selline mudel kirjeldab vaatlusandmeid hästi.

Teadlaste kindlus on seejuures ajaga märkimisväärselt kasvanud. Varasematele andmetele toetuv analüüs näitasid, et tõlgenduse muutuva tumeenergia kasuks kallutasid peaaegu täielikult Maa kosmilises naabruses asuvate supernoovade andmed. See tegi Veermäe kolleegidega ettevaatlikuks, kuna alati on oht, et ühes konkreetses andmestikus võib esineda mõõtmisvigu või süstemaatilisi eripärasid, mis tulemust moonutavad.

Olukord muutus aga kardinaalselt värskeimate ja täpsemate DESI andmetega. Need on sedavõrd kvaliteetsed, et näitasid kõrvalekallet standardmudelist ka siis, kui teadlsed supernoovade andmed analüüsist täielikult eemaldasid. See tähendab, et järeldus ei toetu enam ühele potentsiaalselt ebakindlale andmetüübile. Seega on olemas sõltumatu ja tugev tõendusliin, mis viitab samale järeldusele, muutes tulemused oluliselt usaldusväärsemaks.

Kas universum kukub kokku?

Kõige intrigeerivam järeldus Eesti teadlaste tööst puudutab universumi tulevikku. Kui tumeenergia tihedus kahaneb ja muutub tulevikus negatiivseks, hakkab gravitatsioon paisumist pidurdama ja lõpuks pöörab selle vastupidiseks. See viiks stsenaariumini, mida nimetatakse Suureks Kollapsiks. "See on nii-öelda tagurpidi Suur Pauk, kus kõik tõmbub kokku ja me lõpetame ühes punktis, ülikuumas singulaarsuses," kirjeldas Hardi Veermäe. See tähendaks, et universumit ei ootaks ees mitte jahtumine ja igavene paisumine, vaid tulikuum lõpp.

KBFI teadlaste mudeli kohaselt on võimalus selle juhtumiseks äärmiselt suur. "Hindasime, et tõenäosus, et tulevikus toimub Suur Kollaps, on umbes 94 protsenti," ütles Veermäe: "See oli ka meie jaoks ootamatu, sest viimased kümme või rohkem aastat on arvatud, et universum paisub lõputult ja Suurt Kollapsit ei toimu."

Inimkonda see kataklüsm siiski ei ohusta. Veermäe sõnul on selle toimumiseni jäänud veel miljardeid aastaid. "Seda on hetkel väga raske öelda, kuna määramatused on väga suured. See võiks olla ikkagi rohkem kui miljardid aastad. Homme seda ei juhtu. Meil on siin maa peal teisi probleeme, mille pärast muretseda," rahustas ta.

Täpsema pildi saamiseks on vaja koguda veel andmeid. Lähiaastatel peaksid uut teavet pakkuma nii täiendavad DESI vaatlused kui ka Euroopa Kosmoseagentuuri missioon Euclid. Seni jääb aga õhku võimalus, et meie arusaam universumi saatusest vajab põhjalikku ümberhindamist. "Kui see on tõsi, et energiatihedus võib kukkuda negatiivseks, siis see on midagi võrdlemisi uut ja üllatavat kosmoloogias," nentis Veermäe.