Taustkiirgus ja universumi kuju

Tekst: Tanel Tomson

Mis kujuga on meie universum? Igapäeva elus ei pruugi meile mõttessegi tulla, et universum võib olla mingisuguse kindla kujuga. Kosmoloogide jaoks on see aga tähtis küsimus, sest meie universumi kuju on universumi alguse, arengu ja lõpu peale mõtlema asudes oluline tegur.

Siinjuures peaks natuke kirjeldama, mida mõtleme kui räägime universumi enda kujust. Selleks on kolm võimalust: tasane, ümmargune ehk kinnine ja sadula kujuga ehk lahtine. Selle ettekujutamiseks peame universumi vähendama kahemõõtmeliseks pinnaks. Päris pilti me sellest endale teha ei saa, sest kogeme kõik maailma kolmemõõtmelisena ja kui universum on kuhugi suunas kõverdunud, siis seda neljamõõtmelises ruumis (nagu kahemõõtmeline paberileht mida me kõverdame oma kolmemõõtmelises ruumis).

Kahemõõtmelised kujutised kinnisest, lahtisest ja tasasest universumist.

Aga mida universumi kuju meile tähendab? Samamoodi nagu meie ümmargusel planeedil, kui sa liigud kinnises universumis piisavalt kaua otse siis jõuad lõpuks tagasi oma alguspunkti ja kui sul oleks kinnises universumis lõpmata võimas teleskoop, siis sa saaksid iseenda kukalt vaadata. Teine viis seda ette kujutada on mõelda kahele paralleelsele valguskiirele, mis kinnises universumis lähenevad (ja lõpuks lõikuvad) ja lahtises universumis üksteisest kaugenevad. Tasast universumit on kõige lihtsam ette kujutada, sest selles jäävad paralleelsed valguskiired jäävad paralleelseks ja iseenda kukalt teleskoobiga vaadata ei saa.

Aga mis kujuga on siis meie universum? Esimene teaduslik eksperiment universumi kuju mõõtmiseks algas 1997. aastal Antarktikas nimega BOOMERanG*. BOOMERanG kasutas õhupalli, et viia teleskoop kõrgele atmosfääri, mis seejärel tegi kahe nädala jooksul ringi ümber lõunapooluse samal ajal kaardistades Kosmilist Mikrolaine-taustkiirgust ehk reliktkiirgust**. Kuna on teada, et reliktkiirgus on pärit ligikaudu 380 000 aastat pärast suurt pauku, siis kogumid reliktkiirguse sees on piiratud gravitatsiooni levimis kiirusest (gravitatsioon levib valguskiirusel ja kuna reliktkiirguse tekkimise hetkel oli universum 380 000 aastat vana, siis üks tahes millise kogumi gravitatsiooni välja kõige kaugem ulatus sai olla 380 000 valgusaastat). Seega oli teadlastel võimalik teha ennustusi kõige suuremate kogumite (kogumite all mõtleme natuke tihedamaid ja kuumemaid kohti tolleaegses universumis) nurkläbimõõdu kohta meie taevas. Tasases universumis, kus paralleelsed jooned jäävad paralleelseks, ei ole meie pilt reliktkiirgusest moonutatud. Kinnises universumis on kogumite äärtest tulevad mikrolained lähenenud üksteisele ja seega maalt vaadates oleks nende nurkläbimõõt suurem. Lahtises universumis vastupidiselt oleks nende nurkläbimõõt väiksem.

BOOMERanG missioon alustamas Antarktikas. Missioon tegi kokku 2 lendu antarktikas 1998. ja 2003. aastal

BOOMERanGilt saadud tulemus ühtis kosmoloogide ennustusega tasasest universumist, tulemus mida veel kinnitas 2001. aastal missiooni alustanud WMAP kosmosesond, mis kaardistas terve taevas nähtava reliktkiirguse, mitte ainult lõunapooluselt nähtava osa. Seda, et universum on täpselt tasane, ei saa me aga väita. Võib olla, et kumerus on nii tühine, et me ei ole suutelised seda tuvastama. Sellegipoolest on nüüdseks kindel, et meie vaadeldav universum on väga lähedal tasasele universumile, kui mitte täiesti tasane.

BOOMERanGi poolt saadud kaardistus reliktkiirgusest

WMAPi missiooni poolt aasta jooksul kaardistatud reliktkiirgus.

*BOOMERanG ehk Balloon Observations of Millimetric Extragalactic Radiation And Geophysics. Tegelikult pandi just selline nimi, sest õhupall alustas ja lõpetas missiooni samast kohast, nagu bumerang.

**Kosmiline Mikrolaine-taustkiirgus ehk reliktkiirgus on pärit ajast kui universum jahtus ja mateeria hakkas plasmast moodustama lihtsamaid aatomeid. Äsja tekkinud aatomid ei suutnud enam kiirgust neelata ja kiirguse footonid hakkasid universumis levima. Enne aatomite teket universumi täitnud plasma oli valguse jaoks läbimatu ja seetõttu ei saa me reliktkiirgusest kaugemale minevikku näha (kuna valgusel on lõplik kiirus, siis kaugemale vaatamine on ka minevikku vaatamine).