Neljapäev, 20. juuni 2019

Pikemalt Linnutee struktuurist

Esimesed mõttemõlgutused meie galaktika kohta ulatuvad vana Kreeka filosoofide Anaxagorase (510-428 e.m.a) ja Democritoseni (460-370 e.m.a), kes arvasid, et Linnutee hele vöönd meie taevas koosneb kaugete ja loendamatute tähtede kumast. Alles siis kui Galileo Galilei pea kaks tuhat aastat hiljem oma vastvalminud teleskoobi taevasse suunas, leidis see tõestuse. Sada aastat hiljem 1750. aastal väitis inglise astronoom Thomas Wright, et me elame hiiglaslikus tähtedest koosnevas kettas, mida me näeme oma asukoha tõttu pika heleda triibuna. Lisaks pakkus Wright, et mõned heledad udud siin-seal taevavõlvil on tegelikult samasugused hiiglaslikud tähesüsteemid - kauged universumi saarekesed.
See julge fantaasialend, mis kasvas 20. sajandi alguseks tuliseks debatiks, leidis lahenduse 1920ndatel, kui Edwin Hubble suutis tollal veel Andromeeda udu all tuntud galaktika lahutada üksikuteks tähtedeks. Kasutades selles nähtavate tsefeiidide* tuntud heledust, mõõtis ta Andromeeda kauguseks peaaegu miljon valgusaastat - oluliselt kaugemal, kui Linnutee kõige kaugemad mõõdetud tähed (tegelikult asub Andromeeda meist umbes 2,4 miljoni valgusaasta kaugusel).
Kiiresti sai selgeks, et nende veidrate udude näol on tõepoolest tegemist Linnutee sarnase kaugete galaktikaga.***
Selline võib välja näha meie Linnutee väljaspoolt
Nüüdseks suudavad maailma võimsamad teleskoobid näha miljardite valgusaastate (ühtlasi aastate) kaugusele, kust neile avaneb igast suunas samasugune pilt - universum on täidetud galaktikate, nende parvede ja nende parvede parvedega. Igaüks neist omanäolise ajaloo ja ehitusega. Kuigi keegi ei oska öelda täpselt, hinnatakse vaadeldavas universumis leiduvate galaktikate koguarvuks ligemale 2 triljonit (see on 2 miljon miljonit). Nendest suur osa on pisemad kääbusgalaktikad, mis sisaldavad paar miljardit tähte, kuid leidub ka hulgaliselt Linnutee ja Andromeeda sarnaseid hiidspiraalgalaktikaid sadade miljardite tähtedega ning hiiglaslike elliptilisi galaktikaid, millest võib leida koguni kümneid triljoneid tähti. Eraldi tüübi moodustavad ebakorrapärased galaktikad. Nendes kõigis sisalduvate tähtede koguhulk ületab liivaterade arvu planeedil Maa - midagi millele mõelda järmine kord rannaribal lesides.
Kuidas näha puude taga metsa?
Kuna me asume Linnutee sees ning oleme ümbritsetud tähtedest, nende vahelisest tolmust ja gaasist, siis pole kerge välja selgitada selle tõelist ehitust ja kuju. Probleem on selles, et galaktikatevaheline ruum, kust me näeksime Linnuteed väljaspoolt, on meie jaoks küündimatult kaugel. Isegi vähesed ulmekirjanikud on julgenud väita, et me suudame eales galaktikate vahel rännata. Meie väljakutset Linnutee ehituse uurimisel on võrreldud seismisega paksus metsas, proovides kindlaks teha selle välispiire.
Esimese katse seda siiski üritada tegi saksa astronoom William Herchel 1785. aastal. Ta vaatles isetehtud teleskoobiga taevast igast suunast ning loendas koos oma õe Carolinega seal nähtavaid tähti. Nad avastasid, et tähed on suuresti koondunud meid 360 kraadiselt ümbritsevasse Linnutee tasandisse (mida oligi oodata) ning vähemalt nende teleskoobis tundus neid selles tasandis olevat enam-vähem võrdsel hulgal olenemata suunast. Herchel järeldas sellest, et Linnutee on lameda ketta või ratta kujuga ning Päikesesüsteem asub selle keskosas.
Kui esimene järeldus oli õige, siis teisega läks Herchel alt. Asi on selles, et Linnutee on suhteliselt tolmune ning see neelab kaugete tähtede sära. Nüüdseks teame öelda, et Herchel oli oma teleskoobiga võimeline nägema selle tasandis vaid umbes 6000 valgusaasta kaugusele, mis on Linnutee 100 000 valgusaastast laiust arvestades suhteliselt väike ala. Sellise piirangu tõttu arvati Päikesesüsteemi asuvat tegelikkusest oluliselt pisema Linnutee keskel kuni 20. sajandi alguseni.
Täpsem ettekujutus Linnuteest saabus suuresti tänu ameerika astronoom Harlow Shapley tööle, kes uuris 1917. aastal Linnutee tasandist kõrgemal tolmuvabades piirkondades asuvaid kerasparvi* ja nende koosseisus leiduvaid niinimetatud RR Lyrae muutlike tähti*. Tegemist on tähtedega, mille kaugust
sai juba siis suhteliselt täpselt määrata ning selle põhjal sai Shapley teada ka kerasparvede kauguse. Koostades parvede ruumilise kaarti, avastas ta, et need on jaotunud umbes kerakujuliselt, mille kese pole mitte Päikesesüsteem, vaid mingi kauge punkt kusagil Amburi tähtkuju suunas. Shapley tegi julge väite (mis on nüüdseks mitmel viisil kinnitust leidnud), et kerasparvede jaotuse kese on ka ühtlasi Linnutee kese.
Harlow Shapley ja tema kaart kerasparvede asukohtadega. Must siluett on William Hercheli joonistatud Linnutee ulatus ja Päikese asukoht selles, mis oli nüüdseks teadaolevaga väga tagasihoidlik. Paremas servas ja seega kaugemal asuvad kerasparved jäid Shapley jaoks toona püüdmatuks, kuid üldine pilt oli selge.
Sellega saabus arusaam, et me ei asu mitte oma galaktika keskel (miski, mida me enesekesksete olenditena tahtsime uskuda), vaid pigem selle vähemtähtsatel äärealadel. Nüüd teame, et Linnutee koosneb 100-400 miljardist tähest ning on 100 000 kuni 150 000 valgusaastat lai ja kusagil 1000 valgusaastat paks ketas. Meie asume selle tihedast keskmest 26 500 valgusaasta kaugusel ja 70 valgusaastat selle kesktasandi kohal (või all, olenevalt vaatenurgast). Päike koos selle ümber tiirlevate planeetidega tiirleb ümber selle keskme umbes 260 km/s. Ühe täistiiru tegemiseks kulub ligi 240 miljonit aastat. Kusjuures proportsioonidelt võib seda Linnutee ketast võrrelda CD-plaadiga.
Keeruline tähesüsteem
Tänapäevaks on erinevates lainepikkustes tehtud vaatlustega suudetud osaliselt näha "läbi" Linnutee tasandit varjutavast tolmust ja gaasist. Tänu sellele on meil üsna hea ettekujutus, millises galaktikas me elame. Näiteks ei ole tähed Linnutees jaotunud ühtlaselt, vaid moodustavad selle keskmes paksema pikliku mõhna ning sellest hargnevaid spiraalharusid. Sellise ehituse poolest kuulub Linnutee varbspiraalgalaktikate hulka. Kuigi me ei oska veel päris täpselt öelda kuidas tekib galaktikate südames taoline piklik varb, teame me teiste galaktikate näitel, et tegemist on nende küpse ea tunnusmärgiga. Mõhna keskel asub galaktika tihe ja -kuum tuum, mille südames möirgab Sagittarus A nimeline supermassiivne must auk.
Linnutee spiraalharud (meie asume ühes pisemas Orioni kõrvalharus) ei ole vaatamata väljanägemisele mingid püsivad kogumid, mis galaktika sees tiirutaksid, vaid pigem tähetekke piirkonnad, millest tähed oma orbiitidel läbi liiguvad. Vastasel korral keerduksid need juba galaktika mõne pöördega üksteise sisse. Nad tekivad niinimetatud tihendus- või seisulaine põhimõttel. Üks hea näide seisulainest on liiklusummik. Läbi linna sõitvad autod aeglustavad liiklusummikus oma kiirust ning nende vahemaa väheneb, kuid lõpuks jõuavad kõik autod sellest ikkagi läbi. Autod liiguvad, aga ummik püsib paigal. Galaktikas on ummikuks spiraalid, milles gaas ja tolm surutakse kokku ning tekivad uued ja heledad tähed. Need panevad spiraali tagumise serva heledamalt särama. Ees aga ootavad tuhmimad ja punasemad tähed saabuvat tihenduslainet, mis teeks nendega sama. Spiraalide endi asukoht ei muutu või kui siis väga vaevaliselt.

Linnutee koos Päikese asukoha ja mõõtmetega. Arvud on valgusaastates.
Linnutee õhukene ketas asub omakorda palju paksema, kuid kõvasti hõredama vanadest tähtedest ketta sees, mis ulatub selle kesktasandist mitu tuhat valgusaastat kummalegi poole. Seda kõike omakorda ümbritseb peaaegu sfääriline iidsetest tuhmidest tähtedest halo, mis ulatub umbes 150 000 valgusaasta kaugusele tuumast. Selles samas halos liiguvad ka eelmainitud kerasparved. Lõpuks ulatub Linnutee varjatud mass - kurikuulus tume aine - galaktika tuumast veel omakorda 200 000 valgusaasta kaugusele. Me ei tea sellest ainest praktiliselt midagi, kuna seda ei ole võimalik näha, aga selle gravitatsiooniline mõju on sellegipoolest selgesti tuvastatav.
Lihtsustatud Linnutee struktuur külgvaates. Õhukeses kettas asub kusagil 95% terve galaktika massist ja tähtedest. Suuremad täpid on kerasparved.
Meie võime teha kindlaks Linnutee ehitus, asudes ise selle sees lõksus, on olnud üks astronoomia suurimaid saavutusi. Loodetavasti muudab see viisi, kuidas te näiteks sügisel eriti võimsalt nähtavale tulevat Linnuteed vaatate.
***Linnuteest väljaspool asuvate galaktikate hüpoteesile oli kõige enam vastu Harlow Shapley, kes oli varasemalt kuulsust kogunud kui Linnutee tegelike mõõtmete avastaja. Peale kuuldust, et Edwin Hubble mõõtis Andromeeda kauguseks peadpööritavad miljon valgusaastat, nimetas ta seda rämpsteaduseks ning kritiseeris Hubble tööd väsimatult. Kuid kohe peale seda kui Hubble saatis talle kirjaga oma mõõtmiste detailid, tõmbus ta tagasi ning julgustas viimast isegi kirjutama sellel teemal revolutsioonilist teadustööd. Väidetavalt oli ta Hubble kirja näidanud oma kolleegile sõnades: "siin on kiri, mis hävitas minu universumi". Vaieldamatute tõendite ees oma vigade tunnistamine ning ka oma kõige kallimatest tõekspidamistest lahti ütlemine on teaduse suurim voorus.
Selline pilt avaneb meile universumi sügavustesse piiludes. Galaktikad galaktikate otsas, nii kaugele kui teleskoobisilm ulatub. Igaüks neist inimese jaoks mõõtmatu universum omaette. 
Mõisteid:
*Tsefeiidid - teatud tähtede eluperiood, mille ajal nad korrapäraselt paisuvad ja kokku tõmbuvad. Selle käigus muutub nende heledus ning see periood võib kesta päevast kuni sajakonna päevani ja see on väga täpselt seotud tähe tegeliku heledusega. Võrreldes seda Maalt paistva heledusega saab välja arvutada tähe kauguse.
*Kerasparv - Kerasparved on kerakujulised täheparved, mille läbimõõt jääb 50 ja 150 valgusaasta vahele ja mis koosnevad mitmesajast tuhandest tähest. Kerasparvede tekkemehhanismi ei mõisteta siiani piisavalt hästi.
*RR Lyrae - muutliku heledusega tähed, mis leiduvad enamasti kerasparvedes. Sarnaselt tsefeiididega saab nende kaugust suhteliselt täpselt mõõta.

NGC 2337 - ebakorrapärane galaktika.
Tõllaratta galaktika, mis kuulub suhteliselt haruldaste ringgalaktikate hulka.
Galaktika suuruste võrdlus. Vasakult - Linnutee, Andromeeda galaktika, M87 ehk galaktika, mille südames asuvast ülisuurest mustast august tehti hiljuti pilt ning viimaks IC 1101 ehk teadaolevalt suurim galaktika.
Pinwheel galaktika, mis kuulub spiraalgalaktikate hulka. Sinised alad on uute kuumade tähtede tekkepiirkonnad.
NGC 1300 - varbspriaalgalaktika.
Linnutee pildistatud lähi-infrapunakiirguses, mis läbistab tavatingimustes läbinähtamatut tähtedevahelist tolmu paremini kui nähtav valgus. Fotol on esindatud kusagil pool miljardit tähte, mis moodustavad Linnutee kõikidest tähtedest vaid 0,15-0,5 protsenti. Mosaiikfoto katab Maalt vaadates terve taeva. Linnutee paksem kese meile põhjapoolkeralt ei paista. Meie näeme seega vaid Linnutee välimist serva.
Galaktikate liigitus kuju järgi. Esimesed kolm on elliptilised galaktikad. Paremal ülal spiraalgalaktikad ja all varbspiraalgalaktikad. Linnutee kuulub tõenäoliselt neist SBa galaktikate hulka.
NGC 4565 - spiraalgalaktika, mis paistab meile peaaegu täpselt serv ees. Siit on hästi aru saada, kui suhteliselt õhukene võib olla meie enda galaktika.
Üheks parimaks näiteks sellest, milline Linnutee võiks kaugelt välja näha on varbspiraalgalaktika UGC 12158, mis asub meist ligi 400 miljoni valgusaasta kaugusel.
Suurim teadaolev galaktika IC 1101. See miljardi valgusaasta kaugusel asub elliptiline hiiglane sisaldab ligikaudu 100 triljonit (100 miljonit miljonit) tähte.

Kommentaare ei ole:

Postita kommentaar