Universum vajab tumeainet ja tumeenergiat
Ainult teleskoopide abil universumi olemuse mõista üritamine on raske. Abikäe ulatavad arvusimulatsioonid. Neist värskeim ja kõige realistlikum omataoline annab nüüd tugevat tõestust teooriale, et universumi vormimises mängisid keskset rolli tumeaine ja tumeenergia.
Valguse lõpliku liikumiskiiruse tõttu kujutavad teleskoobid endas ajamasinat. Mida kaugemal asuvast allikast registreeritav valgus pärineb, seda kaugemale ajas tagasi minnakse. Kuna aga kaasaegsetes kosmoloogilistes mudelites on suurem osa universumist nähtamatu, on ainsaks võimaluseks kindlustada, et midagi muud tumedat kahe silma vahele ei jäänud, vaatlustulemusi arvutisimulatsioonidega kõrvutada. Üldjoontes ühtivad need küllaltki hästi – tumeaine kärgstruktuuri sõlmpunktidesse tekivad tõepoolest galaktikaparved. Probleem on aga detailides.
Näiteks ei teki neis erinevat tüüpi galaktikate populatsioone. Samuti ei suuda arvutisimulatsioonid alati ennustada universumis leiduva gaasi jaotust ega selle metallilisust – heeliumist raskemate elementide suhtelist sisaldust. Nii on tekkinud paratamatult küsimus, kas kaasaegne maailmapilt vajab uuenduskuuri või jääb arvutitest lihtsalt universumi keerukuse jäljendamiseks vajaka. Ajakirjas Nature ilmunud töö viitab õnneks või kahjuks viimasele.
Töörühm võttis aluseks kuubikujulise universumi, mille küljepikkus ulatus 350 miljoni valgusaastani. Võrdluseks asub Linnutee lähimast naabrist Andromeda galaktika 2,5 miljoni valgusaasta kaugusel. Kuubi sisu meenutas väga noort, pelgalt 12 miljoni aasta vanust universumi. Viimaks lubas Mark Vogelsberger kolleegidega sellel teada-tuntud füüsikaseaduste järgi areneda.
Universumi moodustavad osakesed pidid arvesse võtma näiteks nii aine gravitatsioonilist tõmmet, gaasipilvede käitumist juhtivaid keemilisi protsesse, tähtede ja mustade aukude moodustumist juhtivat füüsikat, kiirgust kui magnetvälju. Kolmteist miljardit aastat hiljem oli segust moodustunud 41 416 üksikut galaktikat. Astronoomid leidsid lisaks, et galaktikatele nende reaalsetel vaatlustel nähtava kuju andmises mängisid supermassiivsed mustad augud ja supernoovad kriitilist rolli.
Pärast miniuniversumi mudeldamiseks kasutatud algoritmide kohendamist olid aga mudeli tulemused vaatlustulemustega kooskõlas paremini kui ükski teine sarnane arvutisimulatsioon. Universumi varajases nooruses moodustunud galaktikate kuju sarnanes Hubble'i kosmoseteleskoobi ülisüvavälja ülesvõtetel nähtuga. Tänases universumis laialt levinud elliptilised ja spiraalgalaktikad hakkasid tekkima alles hiljem. Samuti ennustas mudel suhteliselt täpselt metalliliste elementide ja ioniseerimata vesiniku ruumilist jaotust.
Kuigi mudel ei olnud täiesti täiuslik, näiteks esines erinevusi väiksema massiga galaktikate tähtede vanuses, annab see siiski piisavat tunnistust, et eelnevalt nähtud erinevused mudelite ja reaalsuse vahel olid tingitud universumi mudeldamise, mitte Λ-CDM kosmoloogilise mudeli endaga seotud probleemidest.
Toimetaja: Jaan-Juhan Oidermaa
Allikas: Nature