Universumi kottpime lapsepõlv

Uued, võimsad, hiiglaslike mõõtmetega detektorid hakkavad registreerima gravitatsioonilaineid, mis on kosmoses levinud miljardeid aastaid. Vanimad neist pärinevad ajast enne esimeste tähtede süttimist. Need annavad meile uusi teadmisi universumi kõige paremini kätketud saladuste kohta.

Kaks musta auku tiirlevad ümber teineteise ja neist lähtuvad gravitatsioonilained.   Foto: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Kui Galileo Galilei 1610. aasta 7. jaanuaril uue teleskoobi Jupiteri poole pööras, nägi ta esimese inimesena maailmas gaasihiiu kolme suurimat kuud ning tema avastus (nädalapäevad hiljem märkas ta ka neljandat) põhjustas revoluts­iooni astronoomias. Ehkki Galileo oli kõigi aegade esimene tähetark, kes pikksilma taevasse suunas, oli tema tööriist võrrel­des praeguste teleskoopidega pigem lihtne mängukann.

Praegu seisavad astronoomid taas uue ajastu lävel, sest tänu uuele tehnoloogiale saame varsti esimest korda heita pilgu universumi ülikaugesse, pilkaselt pimedasse minevikku, kuhu ükski tavaline, optiline teleskoop ei näe. Sõnumitoojad minevikust on gravitatsioonilained. See on nähtus, mis tekib siis, kui väga suure massiga objektid, näiteks neutrontähed või mustad augud, universumis kokku põrkavad. Siis tekivad suure amplituudiga gravitatsiooni- ehk lühemalt gravilained, mis liiguvad läbi universumi valguse kiirusel, moonutades ilmaruumi unikaalsel moel, surudes mateeriat ühes suunas kokku ja venitades seda ristisuunas välja.

2015. aastal õnnestus kahe USAs paikneva detektoriga neid laineid esimest korda registreerida. Konkreetsed lainete „vanemaiks“ olid kaks musta auku, mis ühes lähedases galaktikas ühte sulasid. Avastus oli tõeline sensatsioon ja triumf detektorid ehitanud teadlastele, ent juba paari kümnen­di pärast tunduvad need seadmed sama vananenute ja algelistena nagu praegu Galileo lihtne teleskoop. Astro­füüsikutel on tulekul uusi ja palju tundlikumaid detektoreid, mis tuvastavad selliseid gravitatsioonilaineid, mis on pärit sündmustest, mis jäävad meist ajas ja ruumis väga palju kaugemale.

Imeline Teadus
Imeline Teadus on Skandinaavia suurim populaarteaduslik ajakiri
Ajakiri ilmub ühe korra kuus, iga kuu alguses.

Mustad augud moonutavad Maad

Need uued detektorid jutustavad meile lugusid universumi pimedast lapsepõlvest, mil polnud süttinud veel ükski täht. Samuti annavad need meile uusi teadmisi universumi arengu seisukohast kahe keskse nähtuse kohta. Üks neist on tumeaine – mateeria vorm, mida me ei näe, kuid mis oma raskusjõuga mõjutab universumis leiduvat nähtavat ehk tavalist ainet. Teine nähtus on müsti­line tumeenergia, mis paneb universumi kiirenedes paisuma.

Varases universumis toimunud mustade aukude sulandumistest pärit gravitatsioonilained aitavad teadlastel mõlemat mainitud nähtust paremini mõista. Kui kahe augu ühinemise käigus tekkinud gravitatsioonilained liiguvad läbi ilmaruumi ja ka läbi Maa, sunnivad need meie planeeti rütmi­liselt paisuma ning kokku tõmbuma. Laine­te mõju on küll imeväike – neid on iseloomustatud ka kui õrnu värelusi universumi „kangas“ – ja ammugi ei tunne meie ise mingisugust paisumist või kahanemist. Ent on võimalik valmistada detektoreid, mis on nende registreerimiseks piisavalt tundlikud. Need suudavad tajuda erinevust, mille suurus on ülväike, kõigest sajatuhandik nanomeetrit.

Praegu kasutusel olevad detektorid on tüübilt laserinterferomeetrid. Need on L-tähe kujuga, koosnedes kahest rohkem kui meetrise läbimõõduga vaakumtorust, mis võivad olla isegi nelja kilomeetri pikkused. Teadlased saadavad vaakumtorust läbi laserimpulsse ning kummagi haru otsas olev peegel peegeldab impulsid tagasi detektori keskmesse, kus kiired kohtuvad. Tavaliselt tekib siis negatiivne interferents, mille puhul valguslained kustutavad teineteise, aga kui seadmest (ja ka selle all olevast planeedist) liigub läbi gravitatsioonilaine, siis muutub veidi õlgade pikkus ja seega ka peeglite vahekaugus. Valgusimpulssides tekib faasinihe ja tulemuseks on positiivne interferents, mille puhul valguslained võimendavad teineteist ja tekib interferentspilt, mille detektorid registreerivad.

Loe gravilainetest ja universumi pimedast lapsepõlvest lähemalt veebruari Imelisest Teadusest!

Jaga lugu:
Klienditeenindus
KlienditeenindusVana-Lõuna 39/1, 19094 TallinnTel: 667 0099 (tööpäeviti 9–17)
Rain Väät
Rain VäätVastutav väljaandjaTel: 667 0044
Madis Aesma
Madis AesmaToimetajaTel:
Kairi Kalmann
Kairi KalmannDisainerTel:
Piret Pihlak
Piret PihlakKeeletoimetajaTel:
Sirle Kübar
Sirle KübarReklaamimüügi projektijuhtTel: 56845555