Universumi tume pool – intervjuu Tõravere observatooriumi uue juhi Antti Tammega (1)
11. oktoober 2020, 09:30
/nginx/o/2020/10/09/13403028t1h674b.jpg)
Eesti üks tuntumaid ja mainekamaid teaduskeskusi, Tõravere künkal asuv Tartu observatoorium sai endale sel kevadel uue juhi. Aprilli alguses asus asutuse direktori ametisse Antti Tamm – mees, kes oli seni töötanud sama maja galaktikate füüsika ja kosmoloogia osakonnas. Observatooriumist endast, aga ka astronoomide kõige põletavamatest küsimustest käis Antti Tammega Tõraveres rääkimas Horisondi peatoimetaja Ulvar Käärt.
Oled direktoriametis olnud juba pea pool aastat. On Sul selles töös ka oma agenda või eesmärgid?
Enda kandidatuuri kaitsekõnes lubasin, et vähemalt üks meie asutuse astronoom saab kindla palga peale – see olen siis mina! (Muigab – U. K.) Mingeid suuri murranguid pole esialgu kavas. Üldjoontes liigub observatoorium heal kursil. Eelminegi direktor Anu Noorma ei plaaninud tegelikult omal ajal mingeid suuri muutusi, aga kukkus ikkagi nii välja, et see maja näeb nüüd tänu renoveerimistöödele varasemaga võrreldes hoopis teistsugune välja ning eks siinsed tegevusedki on vahepeal üsna palju muutunud. Eks näis, mis elu nüüd toob, aga minu esmane ülesanne on säilitada seda mõnusat atmosfääri, mis hoiab siin kõiki neid olulisi inimesi, kel silmad säravad ja kes teevad huvitavaid asju. Nii palju kui võimalik tuleb siinset teadustegevust elus hoida – kogu Eesti astronoomia on ju siia koondunud.
Veel üks uurimissuund, millega observatoorium täna väga palju avalikkusele välja ei paista, aga võiks senisest rohkem silma torgata, on kaugseire. Meil on suur kaugseire osakond, mille töötajatel on väga tugev kompetents keskkonna, näiteks veekogude ja metsade ning nende seire alal.
Kõrvaltvaatajale tundub niivõrd väärika teaduskeskuse juhtimine aukartust äratava tööna. Seda asutust on saatnud ja saadab ilmselt veel pikalt edaspidigi mitmete meie astronoomiale ja kogu teadusele rahvusvahelist tuntust toonud suurkujude aura – olgu selleks Wilhelm Struve, Ernst Öpik või Jaan Einasto.
Eks see on tõesti natuke hirmutav, kui vaadata aegrida inimestest, kes on juba tähetorniaegadest selles asutuses tegutsenud. Aga midagi pole teha – tuleb lihtsalt kõigi nende hiiglaste õlgadel seista ja edasi töötada!
Millega Tartu observatoorium omasuguste seas maailmas täna silma paistab?
Astronoomiakeskusena kuulume Põhja-Euroopa suurimate hulka, eriti kosmoloogiauuringute alal.
Kui vaatame ajas tagasi, siis saame öelda, et kunagine tähetorn ja nüüdne observatoorium on juba 200 aastat tegelenud inimese maailmapildi laiendamisega. Kui Wilhelm Struve mõõtis esimesena ära ühe tähe – Vega – kauguse Maast, siis said inimesed teada universumi mõõtmed selles mõistes, kuivõrd kaugel asuvad meist tähed. Hiljem määras Ernst Öpik esimesena Andromeeda galaktika kauguse ning universum paisus inimese jaoks taas. Lõpuks hakkas Jaan Einasto uurimisrühm tegelema juba universumi suurimate struktuuridega ja selle juurde oleme oma osakonnas jäänud tänaseni.
Vaadates observatooriumit kui tervikut, kuhu on koondunud suurem osa kogu Eesti kosmosealasest kompetentsist, siis sellisena oleme ainulaadsed kogu maailmas. Astronoomia, kaugseire ja kosmosetehnoloogia omavaheline sünergia kätkeb endas väga palju potentsiaali.
Aastakümneid tagasi tõi observatooriumile au ja kuulsust koostöö Nõukogude kolleegidega. Kellega siin täna kõige tihedamalt läbi käiakse?
Tegelikult olid Nõukogude ajal tähelepanu pälvinud kosmoloogiaalased ideed ning teadmised ja oskused ikka siitsamast pärit. Lihtsalt tänu tollaste Moskva juhtivate kosmoloogide tunnustusele said observatooriumi tegevused hoogu juurde – sellise toeta poleks edu olnud.
Täna vaatame astronoomia ja kosmoloogia vallas loomulikult läände. Koostöövõrgustiku kaudu oleme seotud peaaegu kõigi Euroopa ja maailma astronoomiakeskustega, aga rahvusvaheliste suurprojektidega on meil kõige tihedam koostöö Saksamaa, Hollandi ja Hispaania kosmoloogidega.
Näiteks ise olen teadusalaselt kõige rohkem seotud vaatlusprojektiga J-PAS. Selle käigus on plaanis Hispaanias Javalambra mäel kohe tööd alustava teleskoobiga kaardistada sadade miljonite galaktikate asukohad ja omadused, et uurida universumi ainejaotuse ja tumeenergia ajalist arengut. Juunis tehti selle teleskoobiga n-ö esimese valguseproov ehk esimene pilt.
Observatoorium on juba mõnda aega tegutsenud Tartu ülikooli tiiva all. Mis on nüüd teisiti?
Tegelikult oli 2018. aasta liitumine observatooriumi tagasitulek ülikooli alla, kus observatooriumi eelkäija Tartu tähetorn tegutses kuni teise maailmasõja lõpuni. Eks see muutus mõjutab meid mitmeti. Plusspoolele saame panna parema ligipääsu tudengitele ja teistele erinevate valdkondade uurimisrühmadele. Suhteliselt väikese asutusena on observatoorium ju püüdnud olla kosmosekeskus. Kui saame Tartu ülikooli mõtlema endast kui kosmoseülikoolist, siis oleks meie jõud selle valdkonna, sealhulgas kosmosepoliitika mõjutajana palju suurem – nii Eesti-siseselt kui ka laiemalt.
Kevadel võttis meie valitsus vastu kosmosepoliitika programmi. Tõsi, see dokument ei kohusta otseselt kedagi midagi tegema, aga on siiski märk omaette. Praegu on ettevalmistamisel ka kosmoseseadus, mis puudutab satelliitide üleslennutamist ja sellega seotud riske. Ehk siis ülikooli kaudu on meil taolisi protsesse parem suunata.
Antti Tamm
/nginx/o/2020/10/09/13403028t1h674b.jpg)
Sündinud 14. juunil 1977. aastal Tartus. Põhi- ja keskhariduse sai Tartu Miina Härma gümnaasiumis (kuni tema 12. klassini oli kooli nimi Tartu 2. keskkool).
Aastal 1995 asus õppima Tartu ülikoolis (TÜ) füüsikat. Bakalaureusetöö kaitses 1999. aastal ja magistritöö 2001. aastal. Seejuures pälvis ta eduka magistrandina juba aastal 2000 Tartu observatooriumi Ernst Julius Öpiku nimelise stipendiumi.
Doktoritöö kaugete ketasgalaktikate ehitusest kaitses TÜ füüsikaosakonnas 2006. aastal.
Aastail 2005–2015 töötas Tartu observatooriumi galaktikate ja kosmoloogia osakonnas teadurina ning alates 2015. aastast vanemteadurina. Alates 1. aprillist 2020 on Tartu observatooriumi direktor.
Tema teadustöö põhiteemad on seotud galaktikate tekke, arengu ja ehituse, tumeaine omaduste ja jaotuse ning kosmilise tolmu uurimisega.
On käinud ennast täiendamas Saksamaal Göttingeni ülikoolis ning Hispaanias Kanaari astrofüüsikainstituudis ja Valencia ülikoolis.
Tema osalusel on ilmunud ligi 40 teaduspublikatsiooni, millest enam kui 20 on kõrgeima taseme ehk 1.1-klassi teadusartiklid.
Tema juhendamisel ja kaasjuhendamisel on kaitstud üks bakalaureuse- ja magistritöö ning valmimas üks doktoritöö.
Alates 2006. aastast on rahvusvahelise astronoomiaühingu (International Astronomical Union) liige. Alates 2013. aastast kuulub teadusajakirja Astronomy and Astrophysics direktorite nõukotta.
Aastast 2015 on Euroopa kosmoseagentuuri kosmose programmikomitee nõunik ning 2016 Euroopa Liidu teadusuuringute ja innovatsiooni rahastamisprogrammi Horisont 2020 kosmose programmikomitee ekspert.
Vabal ajal meeldib olla maakodus ning liikuda koos perega looduses.
Peres kasvab kaks tütart.
Siin on mul ka üks unistus. Nimelt on Tartu ülikool erinevate mõõtmistulemuste põhjal üks edukamaid ja väljapaistvamaid Ida-Euroopas, aga raskekaallaste sekka edenemist takistab meie perifeerne paiknemine. Rahvusvahelisel tasemel teadusülikool peab olema hõlpsalt ligipääsetav Euroopa suurematest keskustest. Siin oleks ülikoolil suurepärane võimalus toetada Tartu linnaga koostöös otselennuühenduste avamist paari-kolme Euroopa suurlinnaga. Praeguses pandeemiaolukorras ei ole see muidugi kõige põletavam probleem.
Kuidas Sa üldse astronoomia juurde jõudsid?
Osaliselt oli see juhuslik asjade käik. Astronoomia tõmbas mind natuke juba kooli ajal, aga siis ei tulnud veel mõttessegi, et minust võiks saada astronoom. Ülikoolis oleksin tahtnud keemiat õppida, aga kuna vanemad ja vend olid juba keemias ees, siis otsustasin füüsika kasuks. Kui lõpuks oli vaja hakata lõputööd tegema, sai valitud teema tume-ainest ja selle juurde olen ma senini jäänud.
Doktoritöös uurisid ketasgalaktikate struktuuri – mida täpsemalt?
Galaktikad on väga huvitavad uurimisobjektid. Neid on väga-väga palju ning me saame neid vaadelda läbi universumi ajaloo. Enda kodusest Linnuteest näeme sisevaadet ning võrdlusena saame vaadelda ka hästi kaugeid ning ka kõiki vahepealseid galaktikaid. Sel moel saame teha justkui ajarände, sest kaugemaid galaktikaid näeme sellistena nagu need olid miljardeid aastaid tagasi. Selle põhjal võime hinnata, kuidas on galaktikad aja jooksul arenenud.
Selle kohta, kuidas galaktikad tekivad ja arenevad, on siiani paljud küsimused vastuseta. Näiteks kui võtame ühe tänapäevase spiraalgalaktika, millises meiegi elame, ning vaatame, kui palju on selles tähti ja uute tähtede moodustumiseks vajalikku vaba vesinikku, siis selgub, et umbes miljardi aastaga peaks täheteke ära lõppema. Ent täheteke on kestnud ja ilmselt ka kestab siiski tunduvalt kauem. Kuidas see võimalik on? Lõplikku kinnitust ei ole veel leitud, aga oletatakse, et ju siis jõuab tähetekkeks vajalikku gaasi galaktikatesse ka väljaspoolt. Vaatlustega pole olnud seda võimalik tuvastada, sest taoline gaas on lihtsalt niivõrd hõre, et teleskoopidega vaatlemiseks see ei kiirga ega neela piisavalt mingitki signaali. Tegelikult on ju suurem osa vesinikust tähtedeks ja galaktikateks koondumata ning hõljub universumis ringi.
Samas näeme, kuidas varasemas universumis, kus galaktikad on veel ebakorrapärased moodustised, moodustuvad pealevoolavas gaasis tähed. Ehk kui tõmmata nüüd paralleele tänapäeva ja mineviku universumi vahele, siis saame neid protsesse omavahel kokku viia. Galaktikad on ka head universumi ajaloo markerid, mis näitavad, kuidas on erinevate suurte jõudude tasakaalus toimunud aine ja ainejaotuse areng. Seda on võimalik uurida universumi suuremastaabilise struktuuri kaardistamisega, mis ongi üks meie koostööprojekti J-PAS hõlmatud tegevusi. Nii et, jah, astronoomidele pakub huvi galaktikate roll universumi aineringluses ehk piltlikult öeldes selles, kuidas tänu nendele saab vesinikust lõpuks tekkida inimene.
Oma uurimistööd alustasin hästi kaugetest galaktikatest, kasutades selleks Hubble’i kosmoseteleskoobi pilte. Eesmärk oli mudeldada, missugune võiks välja näha galaktikate ülesehitus, ning võrrelda, kui palju erinevad üksteisest kaugemad ning meile lähemad tänapäevased galaktikad. Selle töö käigus selgus, et tegelikult ei tunta sarnaselt kaugematega väga hästi ka lähemaid galaktikaid. Me lihtsalt ei näe galaktikaid niivõrd detailselt. Seetõttu jõudsingi meile lähemate galaktikate ja Andromeeda galaktika üksikasjaliku uurimiseni. Püüdsime selle ehituse üksipulgi läbi uurida ja välja selgitada, millised on selle kõige olulisemad osad.
Galaktikad sisaldavad ju erinevalt liikuvaid tähesüsteeme – osa liigub ümber galaktika keskme mööda korrapäraseid ringorbiite, teised juhuslikel orbiitidel. Neil on oma erinev ajalugu ja ka põhjused, miks nad nii liiguvad. Viimane on omakorda seotud tumeainega, selle gravitatsioonilise mõjuga. Siin ongi ühenduslüli tumeainega – kus ja kui palju seda galaktikates ja nende ümber leidub. Kuigi me ei näe tumeainet, saame seda galaktikas kaardistada tähtede liikumise järgi.
Andromeeda näitel tegimegi üht galaktikat iseloomustava mudeli, mis püüab kirjeldada võimalikult täpselt täh-tede liikumist. Selles on kompleksselt koos nii tumeaine kui erineva struktuuriga tähepopulatsioonid.
Tumeaine moodustab pea veerandi kogu universumis leiduva aine massist ja dikteerib meie maailmaruumi olemust, aga ometi ei ole teada, mis see õieti on. Sinu kolleeg Elmo Tempel ütles viis aastat tagasi Horisondile antud intervjuus, et lähema kümne aasta jooksul peaks tumeaine olemuse mõistmisel toimuma murrang. Jagad Sa sellist optimismi?
Murdelisi uudiseid pole tumeaine kohta vahepeal tõesti tulnud. Teadusajakirjandusest leiab küll pea iga kuu mõne viite, et keegi on tabanud mingisuguse tumeainele viitava signaali või siis on tuldud välja uue teooriaga, mis justkui kõik ära seletab. Natukese aja pärast selgub aga ikka, et tegelikult oli avastatud signaali tinginud hoopis instrumentaalne müra või siis oli selle tekitanud mõni täiesti tavaline osake. Uute teoreetiliste mudelite häda on jällegi tihti see, et need seletavad vaid tumeaine olemuse üht tahku, jättes paljud küsimused ikkagi vastuseta.
Näiteks tulid tänavu märtsis Yorki ülikooli füüsikud välja teooriaga, mille järgi võib tumeaine koosneda nendestsamadest kvarkidest, mis moodustavad meile teada-tuntud prootoneid ja neutroneid. Kui prooton ja neutron koosnevad kolmest kvargist, siis tumeaine võib selle teooria järgi koosneda kuuekaupa liitunud kvarkidest ehk heksakvarkidest, mis on omakorda koondunud neurontähtede sarnasteks objektideks – justkui peaaegu tavaline aine, aga meile tabamatu. Ehk siis võib-olla polegi meil vaja tumeaine seletamiseks mängu tuua uut füüsikat. Väga nutikas idee, loodetavasti tehakse kunagi selle kohta ka laboratoorseid katseid.
Säärasteks katseteks on vist vaja suuri osakestekiirendeid?
Jah. Sellega seoses on hea siit jälle meie tegemiste juurde hüpata. Tumeaine otsinguteks on Eestis üles ehitatud kol-me osalisega tippkeskus: tumeaine astronoomiliste ilmingute uurimisega tegeletakse siin Tõraveres, osakeste- ja kõrge energia füüsika pool on esindatud keemilise ja bioloogilise füüsika instituudis Tallinnas ning teoreetiline füüsika Tartu ülikooli füüsika instituudis.
Universumi tumedal poolel jätkates jõuame tumeainest sõna otseses mõttes märksa kaalukama mõistatuseni – tumeenergiani. (Tänase kosmoloogilise mudeli järgi moodustab meile nähtav prootonitest, neutronitest ja elektronidest koosnev aine ligi 5%, tumeaine 24% ning tumeenergia üle 71% kogu universumi energiabilansist – U. K.)
Võrreldes tumeainega on tumeenergia olemus praegu veelgi segasem. Mõnes mõttes on omadussõna tume nendes mõistetes natuke eksitava tähendusega. Tume viitab neis pigem sellele, et meie arusaam neist on tume – tumeenergiast veel eriti tume. Ainuke teadmine tumeenergiast on hetkel see, et universum käitub nii, nagu oleks selles mingisugune gravitatsioonile vastutöötav, universumit laialilükkav jõud, mis avaldub ainult väga suures mastaabis.
Vaatlusandmete põhjal paisub universum kiirenevalt. Mis seda tekitab, kas see on püsiv või millestki sõltuvalt muutuv, on siiani saladus. Tegelikult on ka J-PAS-i projekti üks ülesanne ära mõõta, kas tumeenergia mõjul toimuv universumi paisumine ehk mõõtmete muutumine on aja jooksul kiirenenud või aeglustunud. Kõige lihtsam on eeldus, et see on lihtsalt üks konstant. Samas, kui leiame galaktikate ajalist paiknemist uurides, et paisumine on kiirenenud või aeglustunud, siis on meil võimalik luua uusi mudeleid, mis võivad meid edasi aidata.
Nende tumedate mateeriate olemus ongi vist praegu astronoomia kõige põletavam küsimus?
Nii see on. Ükski tõsiseltvõetav astronoom või teoreetilise füüsika ala teadlane ei saa rahulikult magada enne, kui need küsimused on lahendatud. Kui tumeaine ongi tegelikult selline ainevorm, mida on võimatu tuvastada – mida me ei saa laborites kätte ja mis ei kiirga ega neela ühtki signaali – siis selle olemus jääbki saladuseks. Aga kuidas me saame olla rahulikud, teades, et see osa maailmast, mida me tunneme, moodustab vaid ligi 5% kogu universumist? Mis siis ülejäänud 95% on – millised saladused ja võimalused on seal peidus?
Samas on praegu astronoomias teisigi tuliseid küsimusi, mis on seotud näiteks teiste tähtede ümber tiirlevate planeetide, elu ja selle kujunemise uurimisega. Nende küsimuste taga on terve suur valdkond – astrobioloogia. Oleme tasapisi sinnapoole suundumas ka Tõraveres. Meie kosmosetehnoloogia osakond on seotud projektidega, mis keskenduvad Päikesesüsteemi taevakehade uurimisele. Neist ühe, Euroopa kosmoseagentuuri komeetide uurimiseks mõeldud satelliidi jaoks on siin ehitamisel üks kaamera. Kõnealuse missiooni eesmärk on uurida mõnda Päikesesüsteemi äärealalt või lausa väljastpoolt Päikesesüsteemi pärinevat komeeti, kui see peaks Päikesele lähenema. Taoliste komeetide koostise uurimine võib anda planeetide ja elu tekke kohta täiesti uusi teadmisi.
Inimesi huvitavad väga suured küsimused: kuidas elu tekib, miks me siin oleme ja kas kusagil on veel keegi? Tuntud USA astronoom Carl Sagan on rääkinud eneseteadlikust universumist. Teadaolevalt on praegu vaid inimene universumis mõistuslik olend ning inimese kaudu on meie universum saanud iseendast teadlikuks. Kui poleks inimest ega kõiki neid teadmisi, siis universum ei teakski, et ta on olemas. Ehk vähemalt oma lähiümbruses oleme universumis väga ainulaadses positsioonis.
Miks on universumil vaja endast teadlik olla?
Ega kõik ei peagi ju tingimata vajalik olema! Taoline mõttemäng vihjab sellele, et tõenäoliselt on olemas ka universumeid, mis ei ole endast teadlikud. Need lihtsalt tekivad, arenevad ja kaovad, ei midagi muud. Kuna meie universumi tekkimise tõenäosus ühes kõigi oma omadustega on üliväike, siis kõige mõistlikum tundub seletus, et järelikult peab universumeid olema väga palju – selliseid, mis ei ole arenenud niisuguseks nagu meie oma, kus muuhulgas saab tekkida mõistuslik elu. Märksa tõenäolisemalt tekivad universumid, kus ei kujune tähti ja planeete, isegi mitte aatomeid ja muid tuntud osakesi.
Viimastel aastatel on üha häälekamalt räägitud ja ka tegutsetud selles suunas, et saata inimesed uuesti Kuule ja ka Marsile. Kuidas Sa sellele vaatad?
Siin on omaette teema kosmosefirma SpaceX-i juht Elon Musk ja tema kinnisidee saata inimene Marsile. Ta on selle teostamisest veel kaugel, aga siiski juba väga palju ära teinud. Mis on ju väga vahva, sest Musk on taaselustamas 1960. ja 1970. aastatel nähtud kosmosevaimustust, kui inimene püüdles Maast kaugemale. Ükskõik, kas inimese Marsile saatmisel on sügav mõte sees või mitte, kindlasti inspireerib see meid, eriti nooremaid, mõtlema suuremalt.
Võrreldes kunagise kosmoseajastuga panustab praegu sellesse valdkonda palju rohkem riike ja organisatsioone ning eks igaühel on omad ambitsioonid. Ühest küljest on see loomulikult tehnoloogilise võimekuse näitamine – nii teistele kui iseendale. Samas on niisugune suundumus oluline ka tehnoloogia arendamise mõttes. See on ka üks põhjusi, miks on hakatud nii siin Tõraveres kui üldse Eestis tegelema kosmosetehnoloogia arendamisega. Kui oled võimeline arendama kõrgtehnoloogiat, siis on see tervikuna nii ühiskonnale kui ka riigi majandusele väga kasulik, isegi kui see pole kohe ilmne. Näiteks kui hakati ehitama Eesti esimest satelliiti ESTCube-1, siis ei olnud kellelgi kohe mõttes, et sellega kaasneb meil kosmosetehnoloogia riist- ja tarkvara arendamisega tegelevate ettevõtete teke.
Kui räägime siin astronoomiast, siis praktilist väljundit sel teadusalal ju õieti pole. Siiski on astronoomia omamoodi ühiskonna lakmuspaber. Mida küpsem ühiskond, seda rohkem tegeletakse fundamentaalteaduste ja vaimsemate küsimustega – mis on see maailm, kus me elame, ja kuidas me ise siia saanud oleme? Siit tulenebki astronoomia inspireeriv roll ning selle valdkonna populariseerimise kaudu saab panna noori mõtlema laiemalt nii loodusteaduste kui ja tehnoloogia peale.
