Astronoomid leidsid esimeste tähtede sõrmejälje ja see on oodatust veidram ({{commentsTotal}})

Esimesed tähed kunstniku nägemuses.
Esimesed tähed kunstniku nägemuses. Autor/allikas: N.R.Fuller/National Science Foundation

Külmkapist veidi suurema raadioantenniga mõõtmisi teinud astronoomid märkasid signaali, mille jätsid juba 180 miljonit aastat pärast Suurt Pauku tekkinud tähed.

"Tegu on väga nõrga signaaliga – palju müra ja vähe sisu. Isegi horisondile tõusnud Linnutee huugab sellel lainepikkusel umbes 6000 korda tugevamalt, kuid meil õnnestus see siiski viimaks puhastada. Tegu on esimese selge signaaliga, mis viitab esimeste tähtede sünnile," selgitas Alan Rogers, uurimuse üks juhtivautoritest ja MIT Haystacki observatooriumi astronoom ERR Novaatorile antud intervjuus.

Teise olulise avastusena viitavad tulemused, et esimeste tähtede elu jõudis lõpule ligikaudu 250 miljonit aastat pärast Suurt Pauku. Suure massiga tähtede asemel hakkasid vesinikku aatomituumadeks ja elektronideks lahutama mustad augud ja supernoovad.

"Kosmoloogiline 21-sentimeetrine kiirgus on füüsikute ja kosmoloogide jaoks väga põnev. See võimaldab määrata vesinikupilvede temperatuuri noores universumis. See omakorda annab väga palju infot, mis tingimused sel ajal valitsesid, kuidas tekkisid esimesed tähed ja kogu universumi toonaste omaduste kohta," märkisid uurimusega otseselt mitte seotud Tartu observatooriumi vanemteadur Gert Hütsi ja keemilise ja bioloogilise füüsika instituudi vanemteadur Andi Hektor ERR Novaatorile saadetud kommentaaris.

12 aastat higi ja vaeva
Otseselt pole võimalik niivõrd noores universumis asuvaid tähti pildile püüda. Seetõttu on otsinud astronoomid võimalusi veenduda nende olemasolus vähemalt kaudselt. Varasemad tööd on vihjanud, et see on tõesti võimalik.

Esimestest suure massiga tähtedest kiirgus tohutul hulgal ultraviolettkiirgust. See mõjutas tähti ümbritsevate vesiniku aatomite ühte elektroni, mille tulemusel hakkasid need neelama tervet universumit täitvat kosmilist mikrolainetaustkiirgust. Raadiosagedustele ilmus ürgsete vesinikupilvede viirastuslik negatiiv.

Samas puudus hea ettekujutus, milliselt lainesageduselt tuleks tekkivat signaali otsida. Universumi paisumise tõttu sõltus see tähtede täpsest tekkimisajast. Astronoomid ei teadnud aga, millal see täpselt juhtus.

Koos signaali olematu tugevusega oli see üks põhjus, miks kulus Rogersil, Judd Bowmanil ja nende kolleegidel signaali leidmiseks 12 aastat. "Arvan, et nägime seda lõpuks vaid sellepärast, et otsisime seda esmalt kõigist valedest kohtadest. Timmisime selle käigus teleskoobi ülitundlikuks ja leidsime võimalikud süstemaatilise vea allikad. Madalamal kui 100 MHz sagedusel tegime vaatlusi ainult viimased kaks aastat," märkis Rogers.

Vaatluste tegemiseks kasutatud teleskoop polnud külmkapist kuigi palju suurem. Autor: CSIRO Australia

Registreeritud signaal osutus veidi kummaliseks. Mateeriat on lihtne soojendada, kuid raske jahutada. Ürgne vesinikgaas oli aga mõõtmiste põhjal oodatust kaks korda jahedam. Selle temperatuur küündis ligikaudu -270 °C'ni ehk vaid kolm kraadi üle absoluutse nulli.

Lavale astub tumeaine
Bowman mainis seda oma Iisraeli tuttavale Rennan Barkanale. "Rääkisin sellest õhtul oma naisega ja ütlesin, et Bowman andis mulle paraja pähkli. Miski pidi olema sellest gaasist külmem. Mõistsin ühel hetkel, et ainus asi, mis seda toona olla sai, oli tumeaine," meenutas Tel Avivi ülikooli astronoomiaprofessor.

Kosmoloogiliste mudelite kohaselt moodustab tumeaine universumis leiduvast ainest peaaegu 85 protsenti. Tavalist ainet mõjutab see peaasjalikult gravitatsiooniliselt ja hoiab muu hulgas galaktikaid koost lendamast. Mõningate teooriate kohaselt saavad tumeaine osakesed tavalist ainet mõjutada ka selle aatomituumadega otseselt kokku põrgates.

Seni polnud aga keegi ideid tumeainest ja esimestest tähtedest kombineerinud. "Barkana teeb seda veenval viisil ja tehniliselt elegantselt, kuid selline signaal pole n-ö suitseva relva signaal. See on väga kaudne ja selle taga olev füüsika on keerukas. Küllaltki levinud suhtumine on sellisel juhul, et ma olen kaalunud kõiki alternatiivseid selgitusi, kuid need tunduvad väga võimatud või ei tööta. Seega peabki olema tegu tumeainega. Tundmatu nähtus muundub järsku märgiks tumeainest," nentis uurimusega mitte seotud Torsten Bringmann, Oslo ülikooli teoreetilise füüsika professor.

"Kui see on tõesti jälg tumeainest, siis on tegu tohutu läbimurdega nii kosmoloogia kui ka osakestefüüsika jaoks. Siiski, need on alles esimesed teadustööd ja enne suuremat hurraatamist tuleb veel paljudel teadlastel tulemusi kontrollida," viitasid ka Gert Hütsi ja Andi Hektor.

Veelgi enam, Barkana ennustuste kohaselt on tumeaine osakesed massilt kergemad, kui neid arvatakse tüüpiliselt olevat. Mudeli kohaselt on need prootonitest vaid paar korda raskemad, võib-olla isegi prootonitest kergemad.

"Kui ennustus tõepoolest paika peab, siis pole tumeainet otseselt otsivad eksperimendid enam nende registreerimiseks piisavalt tundlikud," sõnas Bringmann. Mõned eksperimendid nagu ShiP või plaanitav e-ASTROGAM võiksid olla siiski selleks piisavalt tundlikud. Samas sõltub see suuresti parasjagu kasutatavast mudelist.

"Kuna tumeainet pole seni leitud, on ka mõned teised töörühmad mõtlema võimalusele, et see on tegelikult kergem. Uued tulemused viitavad samale. Kui tumeaine on raske, siis see gaasi jahutada ei saaks," märkis Barkana.

Mõned alternatiivid tumeaine tõlgendusele on olemas ka tema arvates. Näiteks ei pruugigi gaasi temperatuur olla ennustatust madalam. Selle asemel käituvad veidralt hoopis raadiolained, mis Maale selle informatsiooni tõid. Nii või teisiti on teoreetikutel mõndagi, mille üle mõelda.

Rogers loodab seevastu, et värsked tulemused äratavad uurimisteema vastu laiemat huvi. "Me teame nüüd, millistel lainesagedustel vaatlusi teha. See annab juhiseid teistele töörühmadele, kes tahavad tervet universumi iseloomustava signaali uurimise asemel minna süviti ja keskenduda üksikute tähtede pildile püüdmisele. Ja otseloomulikult tahaks ma ka ise teada, miks see gaas ikka nii külm on," sõnas astronoom.Täpsustatud universumi evolutsiooni kujutav kaart. Autor: NSF



ERR kasutab oma veebilehtedel http küpsiseid. Kasutame küpsiseid, et meelde jätta kasutajate eelistused meie sisu lehitsemisel ning kohandada ERRi veebilehti kasutaja huvidele vastavaks. Kolmandad osapooled, nagu sotsiaalmeedia veebilehed, võivad samuti lisada küpsiseid kasutaja brauserisse, kui meie lehtedele on manustatud sisu otse sotsiaalmeediast. Kui jätkate ilma oma lehitsemise seadeid muutmata, tähendab see, et nõustute kõikide ERRi internetilehekülgede küpsiste seadetega.
Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: