Olin tänään Suomen Euclid-ryhmän ensimmäisessä kokouksessa. Euclid on Euroopan avaruusjärjestö ESAn satelliitti, jonka on määrä nousta avaruuteen vuonna 2019 mittaamaan tarkasti galaksien jakaumaa ja ominaisuuksia.

Nykykosmologian vahvuutena on se, että on suuri määrä erilaisia tapoja tehdä havaintoja ja ne tukevat toisiaan. Jos epäilee jotain tulosta, asian voi tarkistaa toisella menetelmällä. Moninaisista havainnoista voi erottaa kolme, jotka ovat erityisen tärkeitä: kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuudet, supernovien kirkkaudet ja galaksien jakauma.

Kosminen mikroaaltotausta viestii enimmäkseen siitä, mitä tapahtui maailmankaikkeuden alkuaikoina, supernovista voi taasen lukea, miten maailmankaikkeus on laajentunut muutaman viime miljardin vuoden aikana. (Kummastakin on myönnetty Nobelin palkinto.) Galaksien jakauma kertoo sekä maailmankaikkeuden alkuhetkistä että sen myöhemmästä kehityksestä.

Kun maailmankaikkeus oli 400 000:n vuoden ikäinen, ei ollut galakseja, planeettoja tai muitakaan rakenteita, pelkästään pieniä, tuhannesosan kokoisia tiheysvaihteluita melkein tasaisessa ja kuumassa hiukkaskeitossa. Hiljalleen ne alueet, joissa on enemmän massaa, vetävät sitä muualta puoleensa, ja niiden tiheys kasvaa ja laajeneminen hidastuu. Joissakin alueissa tiheys nousee niin isoksi, että ne lakkaavat laajenemasta ja romahtavat oman painovoimansa takia. Romahduksen pysäyttää tyypillisesti pyörimisliike, ja jäljelle jää rakenne, joka ei sen enempää laajene kuin romahdakaan, vaan on suhteellisen stabiili. Esimerkiksi oma Galaksimme pysyy kasassa siksi, että aine kiertää keskustaa. Maailmankaikkeuden rakenne muodostuu hierarkisesti: ensin syntyneet pienet klimpit muodostavat hiljalleen isompia kokonaisuuksia, jotka puolestaan toimivat vielä suurempien rakenteiden palikoina: galaksit muodostavat galaksiryppäitä ja nämä superryppäitä. Tätä voi ihailla vaikkapa tästä Max Planck -astrofysiikkainstituutin simulaatiosta. (Instituutin sivuilla on muitakin vaikuttavia simulaatioita.)

Galaksien jakauma riippuu siitä, millaisia alkuperäiset tiheysvaihtelut ovat, miten galaksit vetävät toisiaan puoleensa ja miten maailmankaikkeus laajenee. Kun katsotaan kaukaisia galakseja, nähdään, millaisia ne olivat kauan sitten kun nyt meille saapuva valo lähti niistä: galaksien jakauma on kolmiulotteinen kuva maailmankaikkeuden historiasta. Galaksien paikkoja ja nopeuksia mittaamalla voidaan tutkia alkujakauman lisäksi sitä, millainen gravitaatiolaki maailmankaikkeudessa todella vallitsee ja miten maailmankaikkeus laajenee. Esimerkiksi kiihtyvä laajeneminen estää rakenteiden muodostumista: jos kiihtyminen jatkuu, rakenteet jäätyvät paikoilleen eikä superryppäitä isompia rakenteita koskaan muodostu.

Taivaalla tuikkivat valot ovat asia, joka monelle tulee ensimmäisenä mieleen maailmankaikkeudesta puhuessa, mutta Andromedan galaksia lukuunottamatta kaikki paljain silmin näkemämme on Galaksin tienoilla, kosmologisesti katsottuna kotipihassa. Kaukaisemmat galaksit ovat himmeitä ja suuri osa niiden valosta on infrapuna-aallonpituuksilla, joita ihmissilmä ei näe. Euclid on avaruusteleskooppi, joka täyttää taivaankuvamme näkemättömillä kohteilla: se mittaa puolen taivaan galaksien sijainnin miljardien valovuosien päähän. Luetteloiduksi tulee yli miljardi galaksia, ja kymmenistä miljoonista otetaan yksityiskohtaiset tiedot. Muina kohteina on ainakin galaksiryppäitä, kvasaareja ja eksoplaneettoja. Galaksien jakaumaa on mitattu useaan otteeseen, mutta ei koskaan näin tarkasti ja laajalti: Euclid on tämän hetken merkittävin eurooppalainen kosmologian havaintohanke. Edellinen oli ESAn Planck-satelliitti, joka on puolestaan tehnyt tarkimmat mittaukset mikroaaltotaustasta.

ESA valitsi Euclidin toteutettavaksi neljäs päivä lokakuuta 2011, sattumoisin samana päivänä kun supernovista annettiin Nobelin palkinto. Suomella ja Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella on Planck-projektista hyvä maine, ja Suomi liittyi Euclidiin vuoden 2011 alkupuolella. Suomen osuudessa Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella on johtava rooli, ja mukana ovat Turun yliopiston Tuorlan observatorio ja Jyväskylän yliopiston fysiikan laitos.

Jos kaikki tapahtuu ajallaan (mikä lienee isoissa projekteissa poikkeuksellista), satelliitti laukaistaan seitsemän vuoden kuluttua ja se tekee mittauksia kuusi vuotta, vuoteen 2025 asti. Nyt kun vihreä valo on saatu, projekti on lähdössä tosissaan käyntiin. Mukana on noin 800 tutkijaa, varmaan suurin osa Euroopan kosmologeista on mukana (Yhdysvaltojen avaruusjärjestö NASA vetäytyi pois rahoitusongelmien takia).

En ole aiemmin ollut tällaisessa hankkeessa, ja on kiintoisaa miten asioiden suunnittelu on alkuvaiheessa yhtä aikaa yksityiskohtaista ja epämääräistä. Esimerkiksi projektiin osallistuvien henkilöiden tarkasta panoksesta ja työn jakaumasta on todellisuudessa vain summittaisia arvioita, mutta niiden perusteella projektiin käytettävät henkilötyövuodet on jo eritelty näennäisen tarkasti aina vuoteen 2025 asti. Euclidin organisaatio perustuu enimmäkseen vapaaehtoisuuteen jota motivoi se, että ne jotka tekevät enemmän töitä, saavat kunniasta (ja julkaisuista) isomman siivun. Toisinaan kysytään, kuinka paljon halu saada rahoitusta vääristää tutkimusta, mutta fyysikot eivät havittele rahaa vaan tunnustusta.

Kommentit (0)

Seuraa 

Maailmankaikkeutta etsimässä

Blogin päivittäminen on päättynyt.

Syksy Räsänen on teoreettinen fyysikko Helsingin yliopistossa. Syksy kirjoittaa kosmologiasta, hiukkasfysiikasta ja niiden tekemisestä, tai ainakin asioista sinne päin.

Teemat

Blogiarkisto