Kui Linnutee oleks Põhja-Ameerika suurune

On väga keeruline sõnades edasi anda meie Päikesesüsteemi koduks oleva Linnutee galaktika tegelikke mõõtmeid. Selle läbimõõt arvus 100 000 valgusaastat on meiesuguste meetrite ja kilomeetrite skaalas mõtlevate olendite jaoks tunnetuslikult mõttetu. All on aga näha üht väga head illustratsiooni, mis üritab näidata kui suur (või õigemini pisike) on meie Päike võrreldes Linnuteega. Vastuseks on, et kui Linnutee kahandada Põhja-Ameerika suuruseks, siis Päike oleks selles umbes 6 mikromeetri ehk umbes inimese punase verelible suurune. Lähim teine täht sellele samas mõõtkavas umbes 170 meetri kaugusel. Selliseid päikeseid on Linnutees sadu miljardeid, Linnutee sarnaseid galaktikaid vaadeldavas universumis triljoneid.

Allikas: @Lo_vid

 

Päike Linnutees, Kohalikus mullis ja Kohalikus pilves

Kui hakata meie asukoha määramisel pihta suuremast ja liikuda väiksemate mõõtkavade poole, siis meie aadressiks universumis võiks olla Laniakea superparv, Neitsi galaktikaparv, Kohalik (galaktika)rühm, Linnutee galaktika, Orioni spiraalharu, Kohalik mull, Kohalik pilv, Päike, Maa. Kui galaktikatest ja nende parvedest ning Päikesesüsteemist on juba siin-seal pikemalt räägitud, siis Orioni spiraalharu, Kohalik mull ja Kohalik pilv tunduvad meie galaktikasisese naabruskonna mõttes huvitavad kirjeldused, mis tihtipeale kahe silma vahele jäetakse.

Meie Linnutee on teatavasti hiidspiraalgalaktika, täpsemalt niinimetatud varbspiraalgalatika, kuna selle keskel paikneb vanematest ja punasematest tähtedest väljavenitatud struktuur (varb), millest galaktika välisosade poole sirutavad spiraalharud alguse saavad. Sarnaseid galaktikaid kohtame kõikjal universumis, kuna kõige levinumatest suurtest galaktikatüüpidest - spiraalgalaktikatest - moodustavad need kusagil kaks kolmandikku. Linnutee sisaldab vähemalt 200 miljardit (200 000 000 000) tähte, neist umbes kaks-kolm korda rohkem planeete ning selle ühest servast teise sõitmiseks kuluks isegi valguse kiirusel liikudes 200 tuhat aastat. Päike asub Linnutee südamest umbes 27 tuhande valgusaasta kaugusel ehk siis enam-vähem poolel teel serva suunas.

Kosmoseobservatoorium Gaia vaatlusandmete põhjal peaks meie Linnutee galaktika väljast paistma umbes selline. Päike asub selles ühes pisikeses kõrvalspiraalharus, millele on antud Orioni nimi. Tegemist on Gaia andmetel koostatud kunstniku nägemusega.

Meist peaaegu 400 miljoni valgusaasta kaugusel asuv UGC 12158 spiraalgalatika on ilmselt meie Linnuteega väga sarnane.

Serviti peaks meie Linnutee välja nägema selline. Tegemist on Gaia andmetel koostatud kunstniku nägemusega.

Olles nii loodusseaduste kui tehnoloogilise primitiivsuse poolt aheldatud oma keskpärase kodutähe - Päikese - lähiümbrusesse, ei ole meil kunagi olnud, ega tõenäoliselt ka lähiajal ei avane, võimalust Linnutee galaktikas mingil olulisel määral rännata. Rääkimata siis võimalusest sellest väljaspoole sõita, et kogu struktuuri kaugusest pildistada ja uurida. Isegi meile kõige lähema teise tähe juurde reisimine on veel selline ülesanne, mille täitmist kohtame vaid ulmeteostes. Sellise reaalsuse juures tekib muidugi küsimus, et kuidas astronoomid üldse teavad, et milline Linnutee välja näeb ja kus me selles asume. Seda lisaks vaatepildile Linnutee kitsale ja heledale ribale, mis meile näiteks pimedas sügistaevas avaneb.

Väga lihtsustades võib sellele küsimusele vastata läbi analoogia metsatukast, mille ühes servas me seisame. Olles keelatud liikuda, saame me ettekujutuse selle metsa suurusest, kujust ja tihedusest mõõdistades ettevaatlikult kõikide nähtavate puude suunad, kaugused ja asukohad ning kandes need kaardile. See analoogia, nagu tegelikult kõik analoogiad, sisaldab muidugi olulisi ebatäpsusi. Erinevalt metsast, kus puude tüved varjavad kaugemaid puid, asume me pigem hiiglaslikus kettakujulises tolmupilves, millest iga kübe on täht. Tänu sellele, et need tähed on võrreldes omavaheliste kaugustega imepisikesed, saame me nendest näha mööda pilve kaugemates osades asuvaid terasid ning isegi pilvest endast väljapool (galaktikatevahelises ruumis) asuvaid teisi pilvi. Vaid pilve tasand selle kõige tihedama osa suunas varjab meie vaadet.

Tänaseks on üheks osavamaks selliseks tolmutera suuna, kauguse ja seega asukoha mõõdistajaks olnud Euroopa Kosmoseagentuuri Gaia kosmoseteleskoop. Alles hiljuti lõpetas see kütusevarude ammendudes oma vaatlusmissiooni, kuid selle poolt kogutud andmed pakuvad astronoomidele veel tööd aastateks. Gaia andmete põhjal* on suudetud Linnutees mõõta erineva täpsusastmega kusagil 3 miljardi tähe kaugus ja asukoht. Olgugi, et see moodustab koguhulgast vaid kusagil ühe protsendi, on see siiski piisav Linnutee rohmaka ehituse kindaks tegemiseks. Nimelt ei vaadelnud Gaia üksnes meile kõige lähimaid tähti, vaid selliseid mis lihtsalt selle teleskoopidele paraja heledusega paistsid. Suur osa sellistest tähtedest on iseenesest väga-väga heledad, aga asuvad meist ka väga-väga kaugel.

Peale kauguse ja asukoha mõõtmise on nii kosmose- kui maapeal asuvate teleskoopidega võimalik kindlaks määrata tähtede muid omadusi, nagu heledus, temperatuur ja koostis. Seda kõike tänu spektroskoopiaks kutsutud teadusharule, mis uurib elektromagnetspektreid ning neis sisalduvat informatsiooni valgusallikate koostise ja muude omaduste kohta. Hoolikalt analüüsides, et kuidas tähtede tegelik ja näiv heledus erineb, saab isegi tuletada, et millist ja kui tihedat materjali kauge tähevalgus meieni jõudmiseks on pidanud läbima. Ühendades see kõik kolmemõõtmelise kaardiga tähtede asukohtadest, on võimalik tuletada selle materjali ulatuse ja jaotuse.

Gaia (ja selle eelkäijate) vaatluste abil teamegi, et Linnutee kuulub varbspiraalgalaktikate hulka ning saame öelda ka üht teist selle sisemise struktuuri kohta. Näiteks Päike peaks asuma Linnutee ühes väiksemat sorti spiraalharus, millele on nimeks antud Orion. Linnutee serva poole liikudes piirab seda Perseuse haru, ning galaktika tuuma poole vaadates Sagittariuse ja Centauruse harud. Kaks viimast pööravad ennast tõenäoliselt teisele poole Linnuteed, kuid kuna sinna suunas on meie vaade tähtedevahelise tolmu tõttu piiratud, ei saa selles täiesti kindel olla. Harud kujutavad endast keskmisest tähtede arvukuse ja nendevahelise tolmu/gaasi suhtes tihedamaid piirkondi. Need on ühtlasi paikadeks, kus uued tähed udukogudest tekivad ja kus asuvad juba tekkinud tähtede noored kooslused - hajustäheparved. Lisaks kohtab harudes siin-seal tähtede surma tähistavaid sündmusi ja nähtusi - supernoovasid, noovasid ja värvilisi planetaarudusid ning nende jäänuseid - valgeid kääbuseid, neutrontähti ja isegi musti auke.

Kohalik pilv, selle naaber G-pilv ja Päikese lähiümbrus umbes 32 valgusaasta raadiuses.

Kohalik mull, selle seinad ja selles asuvad gaasipilved meist umbes 320 valgusaasta raadiuses.

Joonis Päikesesüsteemist, selle osadest kuni tähtedevahelise ruumi ja meie lähima täähenaabrini välja. Joonis on ulatuselt logaritmiline ehk selle ulatus ei suurene mitte ühtlaselt vaid iga sammuga on see eelmisest 10 korda suurem. Teisiti ei saa nii suuri kauguseid lihtsalt ühel joonisel kujutada.

Tulles Orioni harus asudes juba päris Päikese lähiümbrusesse, näib see paiknevat Kohalikuks mulliks kutsutud võrdlemisi gaasi- ja tolmuvaeses tühimikus, mille läbimõõt on ümmarguselt 1000 valgusaastat. Tühimik on see vaid selles mõttes, et selles on peamiselt vesinikgaasi tihedus keskmiselt veidi väiksem kui väljaspool. Ainuüksi tähti leidub selles koos Päikesega sadu tuhandeid. Arvatakse, et Päike on selles mullis viibinud umbes viimased 5-10 miljonit aastat. Mull ise on tõenäoliselt kümneid miljoneid aastaid tagasi plahvatanud supernoova lööklaine poolt puhastatud ala ning vaatamata nimele ei ole see päris ümmargune, vaid see on Linnutees pidevas liikumises oleva materjali ja magnetväljade poolt kujult venitatud veidi liivakella meenutavaks.

Mullis eneses, kusagil selle keskme lähistel, asub umbes 30 valgusaastase läbimõõduga piirkond, mis on võrreldes mulliga jällegi veidi gaasirikkam. Seda kutsutakse Kohalikuks tähtedevaheliseks pilveks või lihtsalt Kohalikuks pilveks (inglise keeles ka Local fluff). Selle lähedaseks naabriks on teine, mõõtmetelt veidi suurem sarnane pilv nimega G-pilv. Paraku ei ole veel täit teadmist, et kas Päike asub (veel) Kohalikus pilves või on see nüüdseks juba liikunud kahe pilve piirile. Igatahes Päikese liikumissuund on G-pilve suunas ning selles asub juba näiteks meile lähim tähesüsteem Alpha Centauri. Võimalik, et Päikese heliosfäär ehk Päikest ümbritsev selline ala, kus Päikese kohalik mõju on tähtedevahelisest keskkonnast võimsam ning selle mõtteline piir (heliopaus) ongi Kohaliku pilve üheks servaks. Üldiselt ollakse aga arvamusel, et Kohalikus pilves on Päike viibinud viimased 10 tuhat aastat ning väljub ta sellest täielikult mitte rohkem kui 2000 aasta pärast.

Ainsateks inimkätega ehitatud objektideks, mis on (vist) suutnud jõuda Päikese heliosfäärist välja ja peaaegu tähtedevahelisse ruumi on 1977. aastal Maalt startinud Voyager 1 ja Voyager 2 kosmosesondid. Kuigi nende primaarseks missiooniks oli gaasihiidude Jupiteri, Saturni, Uraani ja Neptuuni külastamine saavutasid nad planeetidest lähedaste möödalendude käigus niinimetatud kolmanda kosmilise kiiruse ehk piisava hoo rebimaks ennast Päikesesüsteemi gravitatsioonist vabaks. Liikudes kiirusega 17 ja 15 kilomeetrit sekundis on nende kaugus tänaseks Maast vastavalt 25 ja 21 miljardit kilomeetrit. Kuigi need arvud on maises mõttes muljetavaldavad, on need isegi lähima tähenaabri kaugust silmas pidades jõuetud kivivisked komilisse ookeani. Meile lähim täht Proxima Centauri asub meist 4,2 valgusaasta kaugusel ehk umbes 40 triljoni kilomeetri kaugusel. Kui me eeldaksime, et Voyagerid suunduksid ühtlasel kiirusel selle suunas, siis kohale võiksid nad jõuda ümmarguselt 80 0000 aasta pärast. Paraku ei suundu kumbki Voyager Proxima Centauri suunas.

Voyageride jaoks paistab Päike ümbritsevas kosmoses umbes sama suure läbimõõduga nagu hetkel meile planeet Marss (11,5 nurgasekundit) ning kuigi Päike on oluliselt heledam liiguvad kosmosesondid praktiliselt pilkases pimeduses. Isegi hiidplaneedid pole sellisest kaugusest suuremad kui pisikesed tuhmid täpid Päikese lähistel. Maad ei suudaks Voyageride seljas ratsutav inimene aga silmaga üldse eristada. Isegi sellisel kaugusel paistab sonde ümbritsev tähistaevas aga samasugusena nagu meile Maal, sest kosmilisest vaatepunktist on Voyagerid vaevu-vaevu Päikese juurest eemaldunud.

Lisaks Voyageridele on Päikesesüsteemist välja suunduval kursil 1972. aastal startinud Pioneer 10 ja 1973. aastal startinud Pioneer 11. Side nendega katkes aastakümnete eest. Värskeimaks tähtedevaheliss ruumi suunduvaks sondiks on 2015. aastal ainsana Pluutot külastanud Hew Horizon, mis eemaldub Päikesesüsteemist peaaegu sama kiiresti kui Voyager 1. Side Voyageridega peaks püsima veel mõned aastad ning seni saadavad need meile olulisi andmeid Päikesesüsteemi äärealadel valitsevast keskkonnast. Peale seda kui nende pisikesed tuumareaktorid maha käivad ning nende kutsungid enam meieni ei küündi, algab nende passiivne missioon inimkonna pudelpostina. Nimelt kannavad kõik viis sondi erinevaid mälestusesemeid või infokandjaid, mis on mõeldud sisuliselt inimkonna tutvustamiseks kellelegi, kes ei ole inimene. Sondid peaksid külmas ja pimedas vaakumis enam vähem tervetena püsima veel miljardeid aastaid ehk ammu peale seda kui Päikese paisumine on elu Maal teinud võimatuks. Seda muidugi juhul, kui mingil hetkel me neile uuema ja kiirema tehnoloogiaga järgi ei jõua ning neid mõnda muuseumi ei pukseeri.

Allolevad joonised ja animatsioonid maalivad lugejale loodetavasti parema pildi hetkel parimatest teadmistest meie asukoha kohta Linnutee galaktika ühes mitte eriti metropoliitses osas.

*Gaia andmed annavad võimaluse mõõta tähtede kaugusi niinimetatud aastaprallaksi meetodil. Tiireldes koos Maaga ümber Päikese vaatles Gaia aastate jooksul kokku miljardeid tähti ning võrdles kuidas nende asukoht väga kaugete kvasarite (galaktikate heledad tuumad väga noores universumis) suhtes muutus. Mida vähem need muutuvad, seda kaugemal need peavad olema ja mida rohkem seda lähemal. Teades Gaia orbiidi laiust ja asukohtade muutust väga täpselt on võimalik suhteliselt lihtsa matemaatika abil välja arvatada nende kaugust. Parallaksi põhimõtet saab demonstreerida tõstes oma näo ette sõrm ja silmi vaheldumisi sulgedes ja avades jälgida kuidas selle näiline asukoht tausta suhtes ringi hüppab. Mida kaugemale sõrm silmadest viia, seda vähemal määral see oma asukohta muudab. Kui tähti vaadata kord ühelt poolt ja teiselt poolt Päikest (6 kuuse vahega) "hüppavad" ka need ringi.

Detailid Linnutee galaktika südamest

Nädalapäevad tagasi avaldati enneolematult detailne raadiomosaiik meie kodugalaktika keskme ümbrusest, millelt on näha nii arvukaid seniavastamata supernoovajäänukeid, kui ka sadu mõistatuslikke magnetfilamente, mille päritolu üle on teoreetilised füüsikud juba viimased 35 aastat kukalt kratsinud. 100 megapiksline kujutis, mis on meie silmadele nähtamatutest raadiolainetest tõlgitud nähtavateks, valmistati ühtekokku 200 tunnise vaatluse tulemusel Lõuna-Aafrika Vabariigis asuva MEERKAT raadioteleskoobiga, mis on tundlikum omasugune maailmas. See koosneb 64-st individuaalsest antennist (diameeter 13,5m), mis töötavad kaheksa kilomeetrit laiale alale jagatult otsekui üks väga suur ja võimas teleskoop. Kui nähtavaks valguseks kutsutud elektromagnetspektri vahemikku blokeerib tähtedevaheline tolm ja gaas, siis raadiolained pääsevad sellest segamatult läbi.

Raadiomosaiik, mille keskel on Linnutee südames asub supermassiivne must auk Sagittarius A*. Erinevad värvid tähistavad raadiokiirguse intensiivsust.

Suuremalt: https://apod.nasa.gov/.../MwCenter_MeerKATMunoz_7530.jpg
Teises värvigammas: https://www.sarao.ac.za/.../01_MeerKAT_GC_Galactic_Centre...

Lähivõte Sagittarius A* nimelise musta augu tihedast ümbrusest ja selle ümber voolavatest filamentidest.

Keskel üks supernoovajäänuk, sellest vasakul on tõenäoliselt sellest suurel kiirusel välja visatud kiiresti pöörlev neutrontäht ehk pulsar (hüüdnimega Hiir), mis on oma teele jätnud jälje otsekui merel sõitev laev. Paremal-ülal üks eriti võimas filament, mida kutsutakse Maoks.

20 erinevast vaatlusest kokku õmmeldud kujutis hõlmab (lõunapoolkera) taevas umbes 30 täiskuuketta suurust ala. Selle keskel on näha heledalt raadiokiirguses säramas umbes 4 miljoni Päikese massiga supermassiivset musta auku (või õigemini selle ümbrust), mida kutsutakse selles suunas asuva Amburi tähtkuju järgi Sagittarius A*. Nähtavas valguses meie jaoks alatiseks varjatud piirkond asub meist umbes 25 tuhande valgusaasta kaugusel. Võrdluseks asub lähim täht Proxima Centauri meist 4,3 valgusaasta kaugusel ning üks valgusaasta on üle 63 tuhande korra pikem vahemaa kui Maa ja Päikese omavaheline kaugus.

Mustast august paremal ja vasakul ehk peamiselt Linnutee tasandis on näha suuremaid ja väiksemaid (lähemal ja kaugemal) asuvaid ümaraid moodustisi, mis kujutavad endast ammuste võimsate supernoovade paisuvaid jäänukeid. Nende sadu ja tuhandeid kilomeetreid sekundis liikuvad lööklained, mis põrkuvad tähtedevahelise hõreda gaasiga, kannavad endaga kaasas raskeid elemente, mille olemasoluta elu ei saaks eksisteerida. Antud kujutiselt leiti kümneid uusi supernoovajäänukeid, millest igaühel on rääkida enda lugu. Neist üheks erilisemaks on harvaesinev peaaegu täiesti ümmargune supernoovajäänuk, mis avastati mosaiigi servast (all näeb seda lähemalt).

MEERKAT andmed kombineeritud Spitzeri kosmoseteleskoobi infrapunakiirguses tehtud jäädvustusega. Allikas: Judy Schmidt
@SpaceGeck

Kaugelt kõige huvitavamaks avastuseks on aga tuhatkond niitjat magnetfilamenti, mis paiknevad pildil peamiselt vertikaalselt. Kuigi neid on nähtud ka varem, pole neid varasemalt avastatud sellisel arvul ja resolutsioonis. Keskmiselt 150 valgusaastat pikad moodustised näivad esinevat tihtipeale paaris, grupis, ühes suunas ja võrdsete vahedega otsekui kosmilised kitarrikeeled. Tegemist on sisuliselt piirkondadega, kus magnetväli on ümbritsevast oluliselt tugevam ning kuhu sattunud ning peaaegu valguse kiirusele kiirendatud laetud osakesed (näiteks elektronid) liiguvad ning kiirgavad võimsates raadiolainetes. Nende tekke tagamaad on siiani segased, kuid värske vaatlus aitab füüsikutel kindlasti koostada uusi ja paremaid mudeleid, mis nende olemasolule võimalikke seletusi pakuks.

Linnutee südamest leiti raadiomullid

Lõuna-Aafrika Vabariigis asuv raadioteleskoopide võrgustik MeerKAT on Linnutee keset uurides avastanud sellest sadu valgusaastaid mõlemale poole ulatuvad mullilaadsed raadiostruktuurid. Tõenäoliselt on tegu miljoneid aastaid tagasi Linnutee südames asuva supermassiivse musta augu lähistel toimunud võimsa plahvatuse tagajärjega.

64 individuaalsest raadioteleskoobist koosnev MeerKAT, mis alustas tööd alles mõni aasta tagasi, on nüüdseks mõõdistanud lõunapoolkeralt nähtavat Linnutee keset ja selle ümbrust 23 sentimeetrile lähenevates lainepikkustes. Sellises vahemikus raadiokiirgust nimetatakse vahel ka sünkrotonkiirguseks ja see tekib kui positiivselt laetud elektronid liiguvad tugevas magnetväljas peaaegu valguse kiirusega.

Linnutee kesksed alad sünkrotonkiirguses. Galaktika kettas plahvatanud tähed ja uued tekkivad tähed paistavad pildil horisontaalselt. Kõige heledam osa on supermassiivse musta augu ümbrus. Vastavastatud raadiomullid paistavad üles ja alla ulatuvate õhupalli kujuliste moodustistena, mille sees asuvad tugevalt magnetiseerunud filamendid.

Juba 80ndate alguses avastas Northwesterni Ülikooli astrofüüsik Farhad Yusef-Zadeh meie galaktika keskmest pärinevad tugevalt magnetiseeritud ja sünkrotonkiirgust evivad filamendid. Nüüd on tema ja rahvusvahelise meeskonna tööst selgunud, et need korrapärased moodustised on omakorda vastaavastatud tohutute raadiomullide osad ning mõlemad tekkisid ilmselt siis kui must auk "õgis" mõne suurema gaasi- või tolmupilve.

MeerKAT liitraadioteleskoop.

Kui muidu on Linnutee tolmune kese nähtava valguse jaoks läbipaistmatu, siis võimas raadiokiirgus tungib sellest küllaltki hõlpsasti läbi. Antud avastuse väljakutseks oli eraldada raadiomullide ja filamentide struktuur taustamürast.

Uurimus avaldati teadusajakirjas Nature. Täpsemalt saab lugeda siit: https://www.nature.com/articles/s41586-019-1532-5

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.

Astronoomiaklubi astrofoto: Tükike Linnuteed

Tükike Linnuteed nähtuna kaamerasilma poolt 29. märtsi hilistel tundidel Tõrva lähedal. Aimatavad on meie Galaktika tasandit läbivad tolmupilved ning roosakad kolossaalsed molekulaargaasipilved.

Foto on kombineeritud 11 tähekaadrist (säri 1min50sek, ISO 1250) mille tegemiseks kasutasime teleskoobimonteeringu trackingut +19 pimekaadrist ja ühest esiplaanist. Töötlus Photoshopis.

Täisresolutsioonis originaal: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Milky_way_composition.jpg#mw-jump-to-license

Foto on tehtud kaameraga Nikon D5600, mille soetamiseks vajaminevate vahendite eest tänab Tõrva Astronoomiaklubi Kohaliku omaalgatuse programmi (KOP) ja Valgamaa Omavalitsuste Liidu hindamiskomisjoni.

Pilguheit Linnutee südamesse

1999. aastal orbiidile lennutatud Chandra röntgenobservatoorium* on pikemat aega vaadelnud meie Galaktika südames toimuvaid protsesse. Kuigi nähtavas valguses on see piirkond meie eest tähtedevahelise gaasi ja tolmu tõttu varjatud, suudame me röntgenkiirguses seal siiski üht-teist näha ja uurida.

All värskelt koostatud 360 kraadine visulatsioon Galaktika südamest ja seal toimuvatest vägivaldsetest sündmustest. Massiivse musta augu ümbruses tiirlevad kuumad hiidtähed puhuvad oma kiirgusega ringi mitmeid kümneid miljoneid kraade kuuma gaasi ja plasmat. Elu, kujul nagu me seda tunneme, ei saaks seal isegi parima tahtmise juures tekkida.

*observatoorium on saanud nime India-Ameerika astrofüüsik ja astronoomi Subrahmanyan Chandrasekhari järgi, keda kõik lihtsalt Chandraks kutsusid. Kõrge eani hämmastavalt viljakas teadlane andis hindamatu panuse tähefüüsika, mustade aukude ja relatiivsusteooria mõistmisesse. 1983. aastal anti talle elutöö eest üle Nobeli preemia.

Simulatsioon galaktikate tekkimisest

Simulatsioon Linnuteega sarnase spiraalgalaktika moodustumisest ruumis ühtlaselt jaotunud tähtedest. Algselt kogunevad kümneid miljonid tähed pisemateks kääbusgalaktikateks, mis liitudes hakkavad kannibaliseerima endast pisemaid. Viimaks liituvad juba suuremad spiraalgalaktikad, moodustades lõpuks ühe tervikliku hiidspiraalgalaktika, milles on sadu miljardeid individuaalseid tähti. Kogu see protsess võtab reaalsuses aega miljardeid aastaid.

Antud simulatsioonis asuvad pisemate spiraalgalaktikate südames massiivsed mustad augud, mis galaktikate ühinedes võivad omakorda liituda. Samuti on võimalik, et mitte-liitunud mustad augud jäävad juba moodustunud hiidgalaktikasse "rändama".

Linnuteel seisab mõne miljardi aasta pärast ees kokkupõrge meist kaks korda suurema Andromeeda galaktikaga, mille tulemusel sünnib kolossaalne uus liitgalaktika. Galaktikates asuvate tähtede ja nende ümber pöörlevate planeetide jaoks on aga selline sündmus suhteliselt ohutu, kuna tähtede omavahelised kaugused on raskestihoomatavalt suured ning kokkupõrked haruharvad.

Parim foto Linnuteest

Nagu iga astronoomiast pisutki huvitunud inimene teab, kuulub meie Päikesesüsteem Linnutee nimelise galaktika koosseisu. Selle 100-400 miljardist tähest koosneva ketta läbimõõduks pakutakse umbes 100 000 valgusaastat ning meie Päike asub selle keskpunktist kusagil 28 000 valgusaasta kaugusel. Kui seda ette kujutada kettagolfi kettana ja meie asume pigem selle äärealadel, siis on arusaadav miks me näeme Linnutee tähti üle taeva ulatuva heleda jutina. Seda nii Linnutee välisserva kui ka keskosa poole vaadates.

Et seda sama jutti lahutada individuaalseteks tähtedeks on vaja võimsaid teleskoope ning pikkade säriaegadega fotosid. Näiteks palja silmaga näeme öötaevas vaid umbes 5000 selgelt eristatavat tähte, millest üksikud kaugemad asuvad kusagil 4000 valgusaasta kaugusel. See on kõigest 4% Linnutee kogulaiusest.

Allolevalt lingilt on leitav kõige detailsem foto Linnutee keskosast, mis meile Maalt nähtuna paistab. See on tehtud Euroopa Lõunaobservatooriumile (ESO) kuuluva VISTA teleskoobiga Tšiili mägedes ning selle loomiseks kasutati tuhandeid üksikuid kokkumonteeritud kaadreid saades tulemuseks 108,500×81,500 pikslise resolutsiooniga foto.

Kuigi vaatepilt on hämmastav ja tähtede arv näib olevat loendamatu, paistab sellel fotol "vaid" 86 miljonit tähte. Ehk siis umbes 0,02 kuni 0,086 protsenti Linnutee galaktika kõikidest tähtedest. Selle põhjuseks on tõsiasi, et Galaktikas lenduv tolm ja gaas varjab meie jaoks enamuse Linnutee teisest poolest. Galaktikaid eneseid on aga Universumis kokku rohkem kui tähti Linnutees.

https://www.eso.org/public/images/eso1242a/zoomable/?fbclid=IwAR3o96yf6DAGFCuwoyWLEIwOFzohbgaRf3-Tk8QnFojapgWo8BDJzCBD-K8

Head zuumimist!