Autor:
Marja-Liisa Plats

Akadeemik Jaan Einasto töörühma uurimusest selgus, et universumi tiheduse häirituse teooria vajab täiendamist

Tartu observatooriumi galaktikate füüsika ja kosmoloogia osakonna akadeemiku Jaan Einasto juhtimisel valminud kümnest teadustööst koosnev sari näitab, et universumi kujunemise uurimiseks oluline tiheduse häirituse teooria on kohati puudulik. 

Image
Tumeaine jaotus tiheduse järgi - Tartu observatoorium
Foto 1. Tumeaine jaotus tiheduse järgi. Vaata selgitust artikli lõpust. (autor: Wikimedia Commons)

Teadaolevalt asetsevad galaktikad meie universumis võrgustikuna: galaktikad ja galaktikate grupid ning parved looklevad niidistikuna kõikvõimalikes suundades aeg-ajalt omavahel sõlmedeks põimudes. Niidistiku ja selle sõlmede vahele jäävaid auke kutsutakse kosmilisteks tühikuteks. Tavalise ehk nähtava aine ja tumeaine tihedus võib universumi eri osades suuresti erineda. 

Universumi struktuuri kujunemise numbrilistes simulatsioonides on leitud, et suured kosmilised tühikud selles võrgulaadses struktuuris ei olegi päris tühjad, vaid võivad sisaldada lisaks nõrgale tumeaine taustale ka galaktikaid. Einasto töörühma teadlastele pakkus huvi, kas tühikutes võib tõepoolest olla galaktikaid, millest me varem midagi ei teadnud. Nii mõnedki kosmoloogid arvasid nii. Ehk on nende galaktikate valgus olnud meie instrumentide jaoks lihtsalt liiga nõrk? Või kui neid siiski olemas ei ole, siis miks näitavad numbrilised simulatsioonid, et tühikutes leidub ka nähtavat ainet? 

Akadeemik Jaan Einasto töörühm jõudis 2020.–2023. aastal tehtud teadustöös järeldusele, et praegu olemasolevate andmete kohaselt tühikutes galaktikaid ei leidu. Ilmnes ka, et klassikaline häirituse teooria vajab ülevaatamist. „Kosmilistes tühikutes kehtib aine teatud piirtihedus, millest väiksemate tiheduste puhul täheteket ja galaktikaid olla ei saa. Seda aine tiheduse läviväärtust nimetatakse kallutatuse parameeteriks. Kui nähtava ja tumeaine jaotus on sarnane, siis kallutatust ei ole ning see tähendab, et kosmilistes tühikutes on nõrgemate galaktikate foon vastavalt aine üldisele massijaotusele,“ selgitas Jaan Einasto. 

Töörühm võrdles numbriliste simulatsioonide käigus saadud kogu aine jaotust ja vaatlusandmete põhjal saadud galaktikate jaotust. Kuna tumeainet otseselt ei näe, siis kasutatakse sageli tumeaine markerina sageli nähtavat ainet. „Me täheldasime, et nõrkade ja keskmiste galaktikate jaotuse statistilised karakteristikud on üsna sarnased,“ selgitas Jaan Einasto. „See tähendab, et nõrkade galaktikate jaotus matkis keskmiste galaktikate jaotust ning tühikutes ei olnud märkimisväärset nõrkade galaktikate fooni. Galaktikad saavad tekkida vaid galaktikaid ümbritsevates tumeaine piirkondades ehk tumeaine halodes. Seega ei saa galaktikate üldist jaotust alati tumeaine jaotuse markerina kasutada,“ lisas Einasto.

Kosmilised tühikud on alatihedusega piirkonnad ja seal on nähtava aine ja tumeaine jaotus väga erinev. Galaktikate ja tumeaine jaotused on sarnased vaid Universumi suurema tihedusega alades.  

Image
Kaks pilti simulatsioonidest saadud Universumi suurest struktuurist - Tartu observatoorium - Tartu Ülikool
Foto 2. Kaks pilti simulatsioonidest saadud Universumi suurest struktuurist. Vaata selgitust artikli lõpus. (autor: Jaan Einasto)

Kuna universumi alguses jagunes tavaline aine ja tumeaine kõikjal võrdselt, nimetatakse universumi arengu käigus tekkinud tiheduse kõikumisi häirituseks. Klassikalises häirituste teoorias on tumeaine kuhjumine gravitatsiooniliselt seotud tavalise tähetekke aine (gaasi) kuhjumisega, kuid Einasto töörühma teadustöö näitab, et see seos on keerulisem. 

Miks aga näevad matemaatilised simulatsioonid ainet seal, kus vaatlused neid ei näe? Einasto töörühm täheldas, et senised uuringud, kus ei ole kallutatust leitud, on saadud vaid taeva tasandile projekteeritud valimeid uurides. Sellistes uuringutes aga projekteeruvad kosmilised tühikud osaliselt kaugemate objektidega täis, mistõttu on tulemus moonutatud. Teisisõnu –  tööd, kus aine tiheduse kallutatust ei ole leitud, on olnud ise kallutatud.

Foto 1. Tumeaine jaotuse numbrilistel simulatsioonidel saadud hetkepilt kosmilisest võrgustikust. Pildil olevad kollasemad kohad on tumeaine tihedamad kohad, mis kujutavad tumeaine jaotust väga paljudest galaktikatest koosnevates galaktikaparvedes, peened „niitjad“ moodustised aga galaktikatest ja galaktikagruppidest koosnevates filamentides. Näha on ka hõredamaid kohti, kosmilisi tühikuid. Allikas: Wikimedia Commons, Wolker Springer, Max Planck Institute for Astrophysics. 

Foto 2. Kaks pilti simulatsioonidest saadud universumi suurest struktuurist. Valged punktid vastavad galaktikatele. Mõlemal pildil on 512 miljoni parseki suurune ruudukujuline piirkond, kuid vasakpoolse pildi sügavus on 8 miljonit ja parempoolse pildi sügavus on 512 miljonit parsekit. Vasakpoolne pilt on seega „õhuke“ kiht universumi kolmemõõtmelises struktuuris, parempoolne aga oluliselt „paksem“ piirkond. Võrreldes omavahel paljusid õhukesi kihte, saame üsna hea ülevaate universumi kolmemõõtmelisest struktuurist. Parempoolsel pildil on aga projekteeritud kauged galaktikad üksteise peale ja tegelik pilt on moonutatud – tegelikud tühjad kohad on osaliselt täis projekteeritud.

Kuula lisaks Priit Enneti vestlust Jaan Einastoga Vikerraadio saates „Labor“.

 

Töödetsükli artiklite viited 

Einasto, J., Hütsi, G, Kuutma, T., Einasto, M.: Aston. & Astrophys., kd 640, kirje A47, 2020.  

Einasto, M., Deshev, B., Tenjes, P., Heinamäki, P., Tempel, E., Liivamägi, L.J., Einasto, J., Lietzen, H., Tuvikene, T., Chon, G.: Astron & Astrophys., kd. 641, kirje A172, 2020.  

Einasto, J., Hütsi, G., Suhhonenko, I., Liivamägi, L.J., Einasto, M.: Aston. & Astrophys., kd. 647, kirje A17, 2021.  

Einasto, J., Klypin, A., Hütsi, G., Liivamägi, L.J., Einasto, M.: Aston. & Astrophys., kd. 652, kirje A152, 2021.  

Einasto, J., Hütsi, G., Einasto, M.: Aston. & Astrophys., kd. 652, kirje A94, 2021.  

Einasto, M., Kipper, R., Tenjes, P., Lietzen, H., Tempel, E., Liivamägi, L.J., Einasto, J., Tamm, A., Heinamäki, P., Nurmi, P.: Aston. & Astrophys., kd. 649, kirje A51, 2021.  

Einasto, M., Tenjes, P., Gramann, M., Lietzen, H., Kipper, R., Liivamägi, L.J., Tempel, E., Sankhyayan, S., Einasto, J.: Aston. & Astrophys., kd. 666, kirje A52, 2022.  

Einasto, M., Kipper, R., Tenjes, P., Einasto, J., Tempel, E., Liivamägi, L.J.: Aston. & Astrophys., kd. 668, kirje A69, 2022.  

Einasto, J., Liivamägi, L.J., Einasto, M.: Monthly Notices of Royal Astron. Soc., kd. 518, lk. 2164, 2023.  

Einasto, J., Hütsi, G., Liivamägi, L.J., Park, C., Kim, J., Szapudi, I., Einasto, M.: Monthly Notices of Royal Astron. Soc., kd. 523, lk. 4693, 2023. 

 

Jaan Einasto ja temanimeline superparv - Tartu observatoorium - Tartu Ülikool

Einasto superparv kui universumi uus raskekaallane 

Jaan Einasto - Tartu observatoorium - Tartu Ülikool

Barlova teadusõhtul räägib Jaan Einasto oma teadlaseks kasvamise teekonnast

Kaitstud doktoritööd

Tartu observatooriumis kaitstud doktoritööd