"Üldiselt uuritaksegi tähetekkeprotsesse," kirjeldab Tartu observatooriumi galaktikate füüsika ja kosmoloogia osakonna teadur Urmas Haud galaktikauurijate igapäevast tööd. "Gaas moodustab Linnutee tasandis lameda ketta ja gaasi sees toimuvadki kõige olulisemad protsessid, näiteks sünnivad tähed. Lõpuks tähed plahvatavad supernoovana ning need plahvatused löövad gaasi ühest kohast laiali ja teise kohta kokku. Sellest tekib gaasi ebaühtlane tihedus, mida võib kirjeldada kui pilvede kogumit."

Kui hästi me oma galaktikat tunneme?

"Üldpilt on olemas. Praegu uurivad teadlased, mis seal gaasi sees toimub. Gaasi on kusagil rohkem, kusagil vähem, ja sinna, kus on rohkem, hakkab gravitatsiooni mõjul seda veelgi juurde langema. Kui gaas koguneb ja jahtub, muutub see tihedamaks ja tekib gravitatsiooniliselt seotud süsteem – alguses sünnib n-ö prototäht, mis hiljem areneb edasi täheks. Sõltuvalt massist võib täht evolutsioneeruda kas aeglaselt – nagu meie Päike miljardite aastate jooksul – või kiiresti. Massiivne täht jõuab juba saja miljoni aastaga oma elutsükli läbi käia ning plahvatab supernoovana. Iga supernoova rikastab tähtedevahelist gaasi raskemate elementidega, aga plahvatuse energia pühib ka suured alad plahvatuskoha ümbruses gaasist peaaegu puhtaks," kirjeldab Haud meie ümber valgusaastate kaugusel toimuvaid protsesse nagu õpikust.

Kuigi Urmas Haud on Linnutee galaktikat uurinud juba alates 1990. aastate algusest, saavutas ta oma ideedega rahvusvahelises teaduskirjanduses läbimurde alles hiljuti ning viimastel aastatel on tunnustatud teadusajakirja Astronomy and Astrophysics toimetus tema artiklid kahel korral ära märkinud.

Üks tähtis uurimisobjekt on galaktikat täitev neutraalne vesinik

"Neutraalne vesinik tähendab, et see pole ioniseeritud," selgitab teadlane. "Vesinikuaatom – see on üks prooton ja üks elektron. Kui on ioniseeritud vesinik, siis on ainult prooton. Ja miks just neutraalne vesinik? Sest sellel on üks ääretult hea omadus: see annab raadiosagedustel kiirgusjoone, milles peaaegu kogu galaktika on läbipaistev. Me saame vaadelda sisuliselt ükskõik millist galaktika osa, ja see on üpris haruldane."

Oma viimatises avaldatud ja hinnatud teadustöös keskenduski Urmas Haud neutraalse vesiniku uurimisele kogu taeva ulatuses. Pikka aega on arvatud, et seda gaasi on galaktikas vaid kahes olekus: põhiliselt tihedatesse pilvedesse koondunud külma (temperatuur kuni 100 kelvinit ehk –173 °C) ja ühtlasema jaotusega hõreda sooja (umbes 8000 kelvinit ehk 7700 °C) faasina. Viimastel aastatel on kogunenud üha enam tõendeid – sealhulgas Urmas Haua ja tema Saksamaa kolleegide töö tulemusena –, et eksisteerib ka nende kahe vahepealne, n-ö leige gaasi faas (umbes 3000 kelvinit ehk 2700 °C). "Oma viimases töös tegimegi taevakaardid, kus olid näha nende kolme gaasifaasi jaotused ja seos tähtedevahelise tolmuga. Seda polnud varem tehtud."

Kuidas vaadatakse kogu taevast?

Kosmoseuuringud põhinevad suurtel rahvusvahelistel taristuprojektidel. Suur osa Ameerika Ühendriikide kosmoseagentuuri NASA ning Euroopa Kosmoseagentuuri satelliitide ja raadioteleskoopide algandmetest on kõigile tasuta kättesaadavad.

Neutraalset vesinikku uuritakse nii Maa põhja- kui ka lõunapoolkeral asuvate suurte raadioteleskoopidega. Need sarnanevad oma tööpõhimõtte poolest fotoaparaatidega, millel on kuni sajameetrise läbimõõduga objektiiv ja vaid kümmekonnapikslised sensorid. Mida suurem on teleskoop, seda parem on selle lahutusvõime. Sellise teleskoobi iga vaatekiir läheb piltlikult öeldes läbi terve galaktika ja registreerib spektrina vaatesuunda jäävate gaasikogumite summaarse kiirguse, mida siis teadlased peavad oskama tõlgendada.

Sooja neutraalse vesinikgaasi taevajaotus (värvid tähistavad gaasi pindtihedust). Jooniselt on näha, et sooja gaasi jaotus on kõige ühtlasem. Autor: Urmas Haud.

Taeva kirjeldamine käib gaussiaanidega

Nii gaasi leige faasi kirjeldamine kui ka kõigi kolme gaasifaasi omaduste ja taevajaotiste uurimine Tõraveres on põhinenud Urmas Haua taaselustatud meetodil: gaussiaanidel. Gaussiaan on matemaatiline funktsioon, mida kasutatakse galaktika vesinikupilvede vaadeldud spektrite kirjeldamiseks. Viimastel aastatel ongi rahvusvahelist tunnustust leidnud just see metoodika, sest see võimaldab hinnata vaatluste kvaliteeti, kõrvaldada häireid ja teatud mööndustega analüüsida ka teleskoobi vaatekiirele jääva gaasi struktuuri.

Gaussi komponent on kellukakujuline funktsioon, mis peaks matemaatiliselt kirjeldama ideaalsete omadustega eraldiseisva vesinikupilve kiirgusjoone kuju. Kui meie tähesüsteemi neutraalse vesiniku vaatlused 1950. aastatel algasid, eeldatigi, et kogu Linnutees leiduv gaas on selliste ideaalsete pilvede kogum, ja esimesi vaadeldud spektreid esitati Gaussi komponentide summana.

Sellegipoolest maeti 1970. aastateks niisuguse kirjeldamise idee maha. Vastuargumendina öeldi, et Gaussi funktsiooniga kirjeldatavaid ilusaid homogeenseid vesinikupilvi galaktikas ei ole. Tekkis mulje, et mehhanism ei toimi, ja Gaussi kõverate kasutamine vaatluste tõlgendamisel sisuliselt lõpetati.

Gaussi kõverad. Joonisel on rohelise astmelise joonega esitatud vaadeldud spekter, viis helesinist joont annavad vaatluste modelleerimiseks kasutatud Gaussi kõverad ja punane joon on mudelspekter, mis peab vastama vaatlustele. Joonisel on näha kaks külma pilve (kaks kõige kitsamat Gaussi kõverat), mõlemat ümbritseb leigest gaasist ümbris (veidi laiemad kõverad). Mõlemad pilved koos oma ümbristega asuvad laiaulatuslikumas sooja gaasi keskkonnas (kõige laiem Gaussi kõver). Autor: Urmas Haud.

Diskussioon kerkib taas

"Tol ajal juhtus see, mille kohta öeldakse, et koos pesuveega visati välja ka laps. Jah, on õige, et päris sellisel kujul see analüüs ei tööta, aga ma hakkasin mõtlema, et teatud juhtudel võib selline analüüs siiski midagi anda, ja hakkasin asja uuesti üles soojendama. See oli juba 90-ndate alguses," selgitab Urmas Haud, miks ta meetodi taas kasutusele võttis. "Minu idee oli, et kui me vaatame teleskoobiga galaktikat ja näeme üheaegselt paljusid üksteise taga olevaid vesinikupilvi, mida on raske omavahel eristada, siis aitab mitmete erinevate vaatesuundade kasutamine. Mingis suunas vaadates võib üks pilv kusagil teiste tagant veidi välja piiluda ja teisel suunal vaadates mõni teine pilv – nii aga kogunebki juba hädavajalik lisainformatsioon. Ideest oligi abi - selgus, et enam kui 60% kõikvõimalikest vaatesuundadest annab meetod kasutuskõlblikke tulemusi ja see on ju märksa rohkem kui mitte midagi."

Urmas Haud sõitis Bonni Ülikooli seda meetodit uurima, kasutades selleks enda kirjutatud arvutiprogrammi ja hollandlaste vaatlusandmeid, mille esmane töötlus Bonnis just käsil oli. Kuuldused eestlasest, kes sai juba unustatud meetodi töökorda, levisid kiiresti. "Ma jäin nädal aega ilma lõunata," naerab teadur, "sest seal observatooriumis oli komme pidada lõunaseminare: rahvas kogunes oma võileibadega auditooriumisse ja keegi rääkis oma tööst. Nädal aega pidin iga päev mina rääkima."

Kahjuks tekkis ka vastasseis meetodi eitajatega ja astronoomide seas valitsevate dogmade murdmine võttis omajagu aega. Nii õnnestuski teadustöö tulemusi avaldama hakata alles 2005. aastal. See läbimurre meenutas justkui Hollywoodi filmi.

"Alguses ei võtnud ükski ajakiri mu tööd vastu. Toimetajate kommentaarid olid: "Kuidas te ei tea, et selline lähenemine ei anna tulemusi?" Lõpuks, suure pusimise, diskussioonide ja retsensentidega vaidlemise tulemusena hakkasid tööd ilmuma ajakirjas Astronomy and Astrophysics, ja neid hakati ka tsiteerima."

Praeguseks on Eesti teadur saanud teadlaskonnalt ja teadusajakirjade toimetustelt hulganisti kiitvat tagasisidet. Mitmes ülikoolis on Urmas Haua tulemustele tuginedes välja töötatud samalaadne analüüsitarkvara. Teadlase enda jaoks ongi peamine, et ta suutis kunagise meetodi täiendatud kujul uuesti kasutusele tuua. Meetod töötab, tõdevad ka kunagised oponendid.

22. augustil 2016 lahvatunud supernoova DES16C2nm. Autor: Matthew Smith/Southhamptoni ülikool.

Kas peaksime oma eksistentsi pärast muretsema?

Kui aga tulla tagasi pulbitseva galaktika ja supernoovade plahvatuste juurde, tahaks siiski teada, kuidas hindab tunnustatud teadlane nendest tulenevat ohtu meie eksistentsile siin planeedil.

"Meie Maa peal selle kosmoseturbulentsi pärast muretsema ei pea, sest vesinikupilvede tihedus on niivõrd väike. Suure tihedusega vesinikupilvedes leidub kuni 100 aatomit kuupsentimeetris, mis on ju lähedane ideaalsele vaakumile. Aga kui plahvatus juhtub mõne lähema tähega, siis see küll hea ei ole. Sealt tuleb kiirgus: röntgeni- ja gammakiired. On ka hüpoteese, et dinosauruste väljasuremine võis olla mõne lähedase supernoova plahvatuse tagajärg. Seda, millal järjekordne pauk käia võib, me aga ette ei tea. Arvestades kaugusi ja kiirguse lõplikku levimiskiirust, võib see juba juhtunudki olla, ainult meie veel ei tea ..."