Kosmokseen kirjoitettua

Hirvittävä merkkipaalu

11.8.2014 klo 17.13, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Palailen lomilta fysiikkaan, kohta tässä blogissakin. Mainitsen edellisen merkinnän tiimoilta vielä Hiroshiman muistopäivänä 6.8. pitämäni puheen. Ote:

”Ensimmäiset ydinaseet kehittäneen Manhattan-projektin johdossa olleelta Robert Oppenheimerilta kysyttiin Yhdysvaltain kongressissa 1946, eikö muutama ihminen voisi salakuljettaa ydinpommin New Yorkiin ja tuhota kaupungin. Oppenheimer vastasi, että tietysti. Huolestunut kongressin jäsen kysyi Oppenheimerilta, miten tällaisen kaupunkiin tuotavan ydinpommin voisi havaita ajoissa. Oppenheimer vastasi: ”ruuvimeisselillä”.”

Helvetinkoneet ja utopia

4.8.2014 klo 17.34, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Kirjoitan Helsingin Sanomien elokuun kolumnissani ydinaseista ja vastuusta. Puhun aiheesta Hiroshiman tuhoamisen muistotilaisuudessa keskiviikkona 6.8. kello 18 Tikkurilan Veininmyllyllä, osoitteessa Tikkurilantie 42, Vantaa. Tilaisuuden järjestää Vantaan Rauhanpuolustajat.

Aihetta sivuten, kirjoitin Hybris-lehteen utopiasta, joukkotuhosta ja teknologiasta otsikolla ”Unelmia itsemurhan partaalla”. Ensimmäinen kappale on seuraava:

”Ihmiskunta on tienhaarassa. Kymmeniä tuhansia vuosia lajillamme oli niin suuri lukumäärä ja laaja levinneisyys, että sen tuhoutuminen vaatisi maailmanlaajuisen mullistuksen, mutta emme vielä olleet teknologisesti tarpeeksi edistyneitä, että pystyisimme saamaan sellaisen aikaan. 1900-luvulla tilanne muuttui. Joukkotuhoaseiden rakentaminen ja kiihtyvän teollistumisen aiheuttama katastrofaalinen ilmastonmuutos ovat johtaneet siihen, että ihminen saattaa olla yksi meneillään olevassa joukkosukupuutossa häviävistä lajeista. Silloin luultavasti edes mitään geenejämme ei päädy eteenpäin, vaan sukupuumme päättyy.”

---

Joskus epäily on järjetöntä

30.6.2014 klo 12.51, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Helsingin Sanomien heinäkuun kolumnini päättyy näin:

”Siirtymä kuvitelluista ylhäältä annetuista totuuksista epävarman tiedon todellisuuteen on tieteen keskeinen saavutus. Kohtuuttoman epäilyn esittäminen perustellun epävarmuuden väreissä, jotta ilmastokatastrofiin ei puututtaisi, on surullinen esimerkki tämän saavutuksen väärinkäytöstä.”

Blogit ovat lomalla heinäkuun ajan. Elokuussa pitäisi olla lisäselvyyttä BICEP2:n havainnoista, ja toivon mukaan blogipohja on vaihtunut ja kommentointi toimii taas – tuntuu kummalliselta kirjoittaa tänne saamatta kommentteja ja kysymyksiä.

---

Portaat muinaiseen maailmaan: askelmista 4 ja 5

27.6.2014 klo 21.28, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

BICEP2-koeryhmän väittämästä gravitaatioaaltolöydöstä on tullut uutta tietoa – tai uusia huhuja. Planck-ryhmään kuuluva tutkija kertoi viime viikolla, että heiltä on tulossa heinäkuun loppuun mennessä uusiin havaintoihin perustuva analyysi Linnunradan pölystä peräisin olevasta polarisoituneesta mikroaaltotaustasäteilystä. Tulokset kuulemma tukevat sitä näkemystä, että BICEP2 ei ole nähnyt gravitaatioaaltoja. Planckin uusien tulosten on kokonaisuudessaan määrä tulla julkisiksi vasta lokakuussa.

Olen aiemmin kirjoittanut havaitun BICEP2:n havaitseman polarisaation yhteydestä gravitaatioaaltoihin. Uusien tarkastelujen valossa tämä yhteys on aiempaa huterampi, mutta käsittelen kuitenkin nyt hieman sitä, mitä BICEP2:n havainnoista voisi päätellä, jos ne todella johtuvat gravitaatioaalloista. Vaikka BICEP2 ei olisikaan havainnut gravitaatioaaltoja, voi olla että joku muu lähitulevaisuuden mikroaaltokoe niin tekee.

4) Voivatko havaitut gravitaatioaallot olla peräisin muualta kuin inflaatiosta?

Gravitaatioaallot ovat pieniä häiriöitä gravitaatiokentässä, ja niitä syntyy massojen liikkuessa. Gravitaatioaaltoja syntyy koko ajan, mutta ne ovat tyypillisesti hyvin heikkoja. BICEP2 ei näe aaltoja suoraan, vaan koeryhmä päättelee niiden olemassaolon siitä, että mikroaaltojen polarisaatio on erilainen eri suunnissa taivaalla, satojen miljoonien vuosien etäisyyksillä. BICEP2:n näkemissä aalloissa on erityistä tämä valtava aallonpituus, mikä viittaa siihen, että niiden alkuperä on kosminen inflaatio. Tähän liittyy kosmologisen horisontin käsite.

Maailmankaikkeus on äärellisen ikäinen ja valo kulkee äärellisellä nopeudella, joten näemme vain äärellisen osan maailmankaikkeutta. Näkemämme alueen rajaa kutsutaan kosmologiseksi horisontiksi. Maailmankaikkeuden ikä on noin 14 miljardia vuotta, joten jos maailmankaikkeus ei laajenisi, niin horisontin etäisyys olisi nykyään 14 miljardia valovuotta. Koska maailmankaikkeus laajenee, horisontti on kauempana, noin 50 miljardin valovuoden etäisyydellä. Valon etäisyys lähtöpisteestään ei kasva vain siksi, että valo liikkuu, vaan myös sen takia, että avaruus venyy.

Horisontti kasvaa aina ajan myötä, koska valo on ehtinyt kulkea pidemmän matkan. Tämä ei kuitenkaan välttämättä tarkoita sitä, että myöhemmin näkisi suuremman osan maailmankaikkeutta. Näin tapahtuu vain silloin, kun valon kulkema matka kasvaa nopeammin kuin maailmankaikkeuden osien välinen etäisyys. Jos maailmankaikkeuden laajeneminen hidastuu, näin käy: ajan kuluessa näkyviin tulee uusia alueita, joista ei ole aiemmin saanut mitään tietoa. Jos laajeneminen kiihtyy, käy toisin päin: näkyviin ei tule uusia alueita, ja vanhatkin katoavat hiljalleen näkyvistä. Tällöinkin horisontin sisällä oleva alue kasvaa, mutta sen osuus koko maailmankaikkeudesta pienenee.

Kosmisen mikroaaltotaustan syntyhetkellä maailmankaikkeus oli 380 000 vuoden ikäinen. Jos maailmankaikkeuden laajeneminen olisi aina hidastunut, valo olisi tuolloin ehtinyt kulkea korkeintaan 760 000 valovuotta. BICEP2:n näkemien gravitaatioaaltojen aallonpituus on samaa suuruusluokkaa. (Tai siis oli tuolloin: maailmankaikkeus on sittemmin laajentunut 1090-kertaisesti, joten gravitaatioaallot ovat venyneet satojen miljoonien valovuosien mittoihin.)

Informaatio kulkee korkeintaan valonnopeudella, joten on vaikea ymmärtää, miten tilanteessa, jossa laajeneminen hidastuu, olisi mahdollista saada aikaan horisontin kokoisia gravitaatioaaltoja. Jos gravitaatioaallot ovat peräisin aineen liikkeestä, niin tämä tarkoittaisi sitä, että aineen pitäisi muuttua samalla tavalla kaikkialla näkyvän maailmankaikkeuden alueella. Yksi mahdollisuus tähän on spekulatiiviset aineen olomuodon muutokset, jotka voivat tuottaa gravitaatioaaltoja, mutta ainakaan toistaiseksi tutkitut vaihtoehdot sovi BICEP2:n havaintoihin.

Kosminen inflaatio ratkaisee ongelman. Inflaation mukaan maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyi ensimmäisen sekunnin murto-osan aikana. Tällöin tyhjän avaruuden kvanttifluktuaatioista syntyi gravitaatioaaltoja. Kiihtyvän laajenemisen takia aaltojen pituus venyi paljon isommaksi kuin maailmankaikkeuden näkyvän osan koko. Inflaation loputtua laajeneminen rupesi taas hidastumaan, joten horisontti alkoi saamaan kiinni näitä aaltoja, ja ne tulivat takaisin näkyviin. Inflaatio saa aikaan aaltoja monilla eri aallonpituuksilla, joten on aina olemassa gravitaatioaaltoja, joiden aallonpituus on sama kuin kulloisenkin horisontin.

Tämän takia BICEP2:n tulokset, jos niissä on kyse gravitaatioaalloista, tukevat voimakkaasti ideaa inflaatiosta, ja kertovat sen yksityiskohdista.

5) Mitä havaitut gravitaatioaallot kertovat inflaatiosta?

Koska BICEP2:n tulosten tulkinta on tällä hetkellä hyvin epävarma, kirjoitan niiden merkityksestä inflaatiolle vain lyhyesti.

Gravitaatioaallot kertovat, mikä oli maailmankaikkeuden energiatiheys inflaation aikaan. Koska maailmankaikkeus laajenee, sen energiatiheys (eli energia per tilavuus) laskee. Inflaation aikoihin energiatiheys oli hyvin suuri, joten inflaatiota koskevat havainnot antavat tietoa siitä, millaisia fysiikan lait ovat hyvin korkeilla energioilla.

Inflaation tuottamien gravitaatioaaltojen voimakkuus riippuu energiatiheydestä, ja BICEP2:n mukaan inflaation aikainen energiaskaala oli tuhat miljardia kertaa isompi kuin se, mikä LHC-kiihdyttimessä saavutetaan. Koska energiatiheys laskee ajan myötä, on myös mahdollista arvioida maailmankaikkeuden ikä inflaation aikana, ja BICEP2:n mukaan inflaatio tapahtui maailmankaikkeuden ollessa sekunnin miljardisosan miljardisosan miljardisosan miljardisosan tuhannesosan ikäinen.

Suurimmassa osassa inflaatiomalleja energiaskaala on pienempi, joten niissä syntyy heikompia gravitaatioaaltoja. Esimerkiksi polarisaation B-moodeja ensimmäisenä, viime joulukuussa, havainneen South Pole Telescopen taustamateriaalissa todetaan, että inflaation aiheuttamista gravitaatioaalloista johtuvien B-moodien voimakkuus on isompi kuin gravitaatiolinsseistä aiheutuvien B-moodien (eli yhtä iso kuin mitä BICEP2 väittää) ”kaikissa paitsi optimistisimmissa inflaatiomalleissa”.

BICEP2:n gravitaatioaallot siis heittäisivät roskakoriin suurimman osan inflaatiomalleista. Tämä on erinomaisen hyvä asia tieteen etenemisen kannalta. Kukaan ei liene laskenut, paljonko erilaisia inflaatiomalleja on esitetty, mutta sellaisia malleja, jotka ovat tietyssä mielessä yksinkertaisia, on keksitty noin 200 erilaista. Niistä vain 36 sopii sekä Planckin että BICEP2:n havaintoihin, joten BICEP2 on merkittävästi lisännyt tietoamme inflaatiosta. Oikeita inflaatiomalleja on tietysti korkeintaan yksi, ja tarvitaan tarkempia havaintoja erottelemaan noita jäljellejääneitä 36:ta – sekä uusia inflaatiomalleja, joita on jo kehitetty nimen omaan sopimaan BICEP2:n tuloksiin. On kuitenkin vielä ennenaikaista kuopata yhtään mallia, ennen kuin BICEP2:n tuloksista saadaan selvyys, kenties jo tänä kesänä.

---

Askel taaksepäin

18.6.2014 klo 17.31, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Tuuli on kääntynyt BICEP2:ta vastaan. Koeryhmä ilmoitti 17.3. suurella fanfaarilla havainneensa varhaisen maailmankaikkeuden kosmisessa inflaatiossa syntyneitä gravitaatioaaltoja. Jos tämä pitää paikkansa, niin kyseessä on ensimmäinen varma kokeellinen todiste kvanttigravitaatiosta.

Tarkemmin sanottuna, BICEP2 on nähnyt B-moodeina tunnetun pyörrekuvion taivaalta tulevissa mikroaalloissa. Tästä on monta askelta inflaatiossa syntyneisiin gravitaatioaaltoihin. Ehkä epävarmin on se, ovatko BICEP2:n näkemät polarisoidut mikroaallot osa kosmista mikroaaltotaustaa vai tulevatko ne Linnunradasta. Jos ne ovat peräisin omasta galaksistamme, niin ne eivät kerro mitään varhaisesta maailmankaikkeudesta, ainoastaan kotinaapurustomme pölystä ja magneettikentistä.

Kirjoitin aiemmin seuraavasti:

”Toistaiseksi ei siis ole varmuutta siitä, onko BICEP2:n signaali todella kosmologista alkuperää, eikä selity Linnunradasta tulevalla säteilyllä. Toisaalta analyysissä ei ole mitään ilmeisiä virheitä eikä vakavia puutteita. Lisäksi mitattujen pyörteiden koko taivaalla on juuri se, mitä gravitaatioaalloilta odottaisikin, vaikka niiden voimakkuus onkin hieman odotettua isompi.”

Totesin myös, että:

”BICEP2:sta ilmestyneissä papereissa valtaosasta (ellei peräti kaikissa) on oletettu, että havainnot pitävät paikkansa. Tämä on ymmärrettävää, koska on nopeampaa sanoa, miten valmiit teoreettiset mallit sopivat yhteen uusien havaintojen kanssa kuin ruveta syynäämään sitä, onko havainnot tehty oikein. BICEP2:n datan kriittistä tarkastelua tulee kuitenkin varmasti vielä julki, erityisesti Planck-satelliitin tutkijaryhmältä.”

Sittemmin mainitsin yhdestä artikkelista, jossa on esitetty mahdollinen Linnunradassa oleva lähde BICEP2:n havaitsemille polarisoiduille mikroaalloille. BICEP2:n analyysistä on nyt lisäksi löydetty yksi vakava puute, ja riippumattomat tutkijaryhmät ovat päätyneet siihen johtopäätökseen, että BICEP2:n signaali saattaa olla peräisin Linnunradasta.

BICEP2 katsoi vain pientä osaa taivasta. Suunta oli valittu sen perusteella, että siellä Linnunradasta tulisi mahdollisimman vähän polarisoitunutta mikroaaltosäteilyä. Ongelmana on se, että luotettavia karttoja Linnunradan polarisoituneesta mikoaaltotaustasäteilystä ei ole julkisesti saatavilla. Planck-ryhmä on tehnyt tarkimmat mittaukset, mutta sen oma analyysi on vielä kesken. Datan on määrä tulla julkiseksi lokakuussa, kun Planck on ehtinyt käydä sen läpi huolella. BICEP2:n ilmoituksen jälkeen toukokuussa Planck on julkaissut polarisaatiodataa joistakin taivaan osista, mutta ei BICEP2:n alueesta.

Miten BICEP2 sitten oli arvioinut, kuinka paljon polarisoitunutta säteilyä sen katsomasta alueesta tulee? Yksi mahdollisuus on käyttää erilaisia malleja, jotka sopivat jo tehtyihin havaintoihin. Vaikka nämä havainnot eivät olisi tarpeeksi kattavia, mallien perusteella voidaan ennustaa, millaista polarisaation odottaisi olevan. Tämän perusteella BICEP2 arvioi Linnunradasta tulevan polarisoidun säteilyn voivan selittää vain pienen osan heidän mittaamastaan signaalista.

BICEP2 myös arvioi polarisaatioastetta havainnoista ja viittasi Planckin julkaisemattomaan dataan, tarkemmin sanottuna erään Planck-ryhmän jäsenen puheeseen. Tämä onkin eriskummallinen tapaus. BICEP2-ryhmä on vahvistanut käyttäneensä PowerPoint-esityksessä ollutta polarisaatiokartan kuvaa arvionsa pohjana. Tällaisia analyysejä ei ole tapana tehdä kuvien perusteella, vaan niiden taustalla olevien lukujen: kuvat vain havainnollistavat dataa. Tilanne ei silti ole täysin ainutlaatuinen: PAMELA-kokeen väitetyistä pimeän aineen havainnoista kirjoitettiin tieteellisiä julkaisuja puheessa esitetystä kalvosta otetun valokuvan perusteella.

Planckin kartassa näytettiin taivaan eri suuntien polarisaatioaste, eli se, kuinka suuri osa ei-kosmisesta säteilystä on polarisoitunutta (aiemmassa merkinnässä oli lyhyt selitys siitä, mitä polarisaatio on). Linnunradasta tulevan säteilyn määrä eri suunnissa tunnetaan varsin hyvin. Jos sen lisäksi tiedetään polarisaatioaste, niin voidaan laskea paljonko polarisoitunutta säteilyä on.

Raphael Flauger ja kumppanit ovat toistaneet Planckin esityksessä olleen kuvan analysoimisen. (Aiheesta myös Jesterin ja Sesh Nadathurin blogeissa.) Tutkijaryhmässä on mukana yksi Planck-satelliittia edeltäneen WMAP-satelliitin päätutkijoita, David Spergel. He digitoivat Planck-ryhmän esityksessä olleen kuvan ja muuttivat sen mallintamiseen kelpaavaksi dataksi. He ottivat huomioon digitoimisesta syntyvät virheet, eivätkä ne olleet suurin ongelma. Sen sijaan BICEP2-ryhmä näyttää ymmärtäneen väärin, mitä kartassa näytettiin. Siinä nimittäin oli mukana Linnunradasta tulevan mikroaaltosäteilyn lisäksi Linnunradan ulkopuolisten galaksien infrapunavalo. BICEP2-ryhmä oli ilmeisesti luullut, että kartassa näkyvä polarisaatioaste koskee vain galaksista tulevaa säteilyä.

Linnunradasta tuleva säteily on hyvin polarisoitunutta, eli se aaltoilee enemmän tiettyihin suuntiin, siksi että Linnunrata on erilainen eri puolilla. Esimerkiksi Linnunradan magneettikentät osoittavat tiettyihin suuntiin eivätkä ne ole yhtä voimakkaita kaikkialla.

Linnunrata ei ole poikkeus, muidenkin yksittäisten galaksien valo on polarisoitunutta. Mutta Maapallolle tulee infrapunasäteilyä hyvin suuresta määrästä galakseja. Koska galaksien asento meihin nähden on sattumanvarainen, galaksien yhteenlaskettu valo värähtelee yhtä paljon kaikkiin suuntiin, eli se ei ole voimakkaasti polarisoitunutta.

Esityksessä ollut kartta näytti, kuinka suuri osa Linnunradan mikroaalloista plus muiden galaksien infrapunavalosta on polarisoitunutta. Koska muiden galaksien infrapunavalo on vähemmän polarisoitunutta kuin Linnunradan mikroaallot, mikroaallot ovat voimakkaammin polarisoituneita kuin mikroaaltojen ja infrapunavalon summa. Näin BICEP2 aliarvioi Linnunradasta tulevan valon polarisaatioasteen pahasti.

Tai näin ainakin Flauger ja kumppanit väittävät. BICEP2 ei ole vahvistanut asiaa, mutta tekemällä tuon virheen Flauger ja kumppanit saavat suunnilleen samanlaisen tuloksen kuin BICEP2-ryhmä. Jos virheen korjaa, polarisaatioaste on isompi. Tämä ei kuitenkaan ole lopullinen sana asiasta. Ensinnäkin Planckin esittelemä kuva on alustava, ja toisekseen se on otettu eri aallonpituudella kuin BICEP2:n mittaukset, ja polarisaatioaste riippuu aallonpituudesta.

Lisäksi sekä Flauger ja kumpp. että toinen tutkijaryhmä ovat uudelleen arvioineet malleja Linnunradan polarisaatiosäteilylle, käyttäen Planckin toukokuussa julkaisemia karttoja. Molempien johtopäätös on se, että Linnunradan pölyn ja magneettikentissä liikkuvien hiukkasten lähettämien mikroaaltojen polarisaatio voi olla tarpeeksi voimakasta, ja sen pyörteiden koko voi olla sopiva, selittääkseen kaikki BICEP2:n havainnot.

Nämä analyysit kuitenkin pohjaavat paljolti siihen, mitä tapahtuu Linnunradan tyypillisissä taivaan osissa, kun taas BICEP2 valitsi katsomansa taivaan osan juuri sen perusteella, että se ei ole tyypillinen. Luotettavaa tietoa BICEP2:n katsoman taivaansiivun puhtaudesta ei siis vielä ole.

On mahdollista, että BICEP2 on nähnyt muinaisten gravitaatioaaltojen jäljen, mutta kosmologien yleinen mielipide on kääntynyt innostuneesta epäileväksi. Valoa asiaan tulee BICEP2-koeryhmän uuden Keck-teleskoopin mittauksista, joita tehdään kahdella taajuudella, mikä on tärkeää kosmisen ja Linnunradasta tulevan signaalin erottelemiseksi.

Lopulliseen selvyyteen tarvitaan Planckin tarkkoja mittauksia Linnunradan säteilystä, joiden on määrä tulla julki lokakuussa. Sen verran voi ulkopuolisena sanoa, että Planck-ryhmän jäsenet, jotka olivat kovin vakavina BICEP2:n ilmoittaessa löydöstään, ovat viime aikoina näyttäneet varsin onnellisilta.

Päivitys (20/06/14): BICEP2-ryhmän artikkeli on julkaistu eilen, vertaisarvioinnin jälkeen. Julkaistussa versiossa koeryhmä on ottanut esitetyn kritiikin huomioon ja lieventänyt lausuntojaan. Artikkelissa ei enää väitetä, että Linnunradasta tuleva säteily on tarkasti mallinnettu, sen sijaan siinä sanotaan että ”lisää dataa selvästi tarvitaan tilanteen selvittämiseksi”. Aiempi maininta siitä, että ”B-moodi –kosmologian uusi aikakausi on alkanut” on muuttunut muotoon ”Jos [signaalin] alkuperä on tensorit [eli gravitaatioaallot], mitä yllä esitetty todistusaineisto tukee, niin se kertoo B-moodi –kosmologian uudesta aikakaudesta. Mutta jos nämä B-moodit ovatkin todistusaineistoa korkeasta pölysignaalista, se paljastaa edessä olevien haasteiden mittakaavan”.

---

Todellisuus on outo ja kosmisia kohtaamisia

11.6.2014 klo 17.16, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Blogipohjaa uudistetaan, ja blogit ovat sen takia olleet tauolla. Muutos on kesken, ja kommentointi ei valitettavasti taida tällä hetkellä toimia. BICEP2:n tulosten kanssa on tapahtunut paljon viimeisen kuukauden aikana, kirjoitan siitä piakkoin, mainitsen nyt vain kaksi ajankohtaisehkoa asiaa.

Helsingin Sanomien kesäkuun kolumnini päättyy näin:

”Olemassaolollamme ei ole kosmista tarkoitusta, teoillamme on vain se merkitys, minkä niille annamme, ja olemme vastuussa niistä vain toisillemme.”

Olen mukana tiistaina 26.8. kello 21 Runokuun Kosmisissa kohtaamisissa. Tilaisuuteen pitää ilmoittautua etukäteen osoitteeseen ilmoittautumiset(at)nuorenvoimanliitto.fi.

---

Denialismi, luonnontieteiden edistyksen oheisvahinko?

6.5.2014 klo 19.30, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Kari Enqvist ja minä olemme kirjoittaneet Tieteessä tapahtuu –lehden uusimpaan numeroon artikkelin suhteellisuusteoriadenialismista. Juttu on luettavissa lehden sivuilta. Ingressi on tämä:

Suhteellisuusteoria ja muut nykyfysiikan teoriat ovat hienostuneita matemaattisia rakennelmia. Usein ne pyrkivät kuvaamaan maailmaa perustavimmalla tasolla, ja siksi ne kiehtovat myös alan ulkopuolisia. Niiden abstraktius ja etääntyminen välittömästä kokemuspiiristä aiheuttaa kuitenkin myös syvää epäuskoa.

---

Miehityksen keskellä

4.5.2014 klo 19.11, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Vierailin pääsiäisen aikoihin miehitetyillä palestiinalaisalueilla Länsirannalla Birzeitin yliopiston fysiikan laitoksella puhumassa BICEP2-kokeen tuloksista.

On tavallista, että ylivoimaisesti suurin osa yliopistojen luennoitsijoista ja professoreista on miehiä, erityisesti fysiikassa, syystä tai toisesta. Näin Birzeitissäkin: fysiikan laitoksen akateemisen henkilökunnan viidestätoista jäsenestä vain kaksi on naisia, toinen heistä on vierailuani emännöinyt laitoksen johtaja Wafaa Khater. Näin iso epäsuhta ei valitettavasti ole harvinainen: esimerkiksi Iso-Britannian tähtitieteen professoreista vain 3% on naisia (ainakin tämä oli tilanne jokunen vuosi sitten), ja Helsingin yliopistonkin fysiikan professoreiden joukossa on paljon enemmän miehiä kuin naisia.

Poikkeuksellista Birzeitissä sen sijaan on opiskelijoiden naisvaltaisuus. Wafaan mukaan 80% fysiikan opiskelijoista on naisia (tämä epätasapaino näkyy ennen seminaaria napsayttämässäni kuvassakin). Kuulemma fysiikan naisopiskelijat ovat myös tyypillisesti miehiä motivoituneempia.

 

Eräs syy naisopiskelijoiden suureen osuuteen fysiikassa on se, että suuri osa heistä tähtää opettajiksi. Helsingin yliopistonkin fysiikan laitoksella opettajalinjalla on enemmän naisia kuin fysiikan opiskelijoissa keskimäärin. Suomessa fyysikoksi valmistuvilla on erinomaiset työnäkymät ja useita erilaisia mahdollisia työtehtäviä. Miehitetyillä palestiinalaisalueilla ei ole palestiinalaista teollisuutta, joka työllistäisi tutkijoita, joten gradun tekemisen jälkeen vaihtoehtoina ovat lähinnä opettajan ammatti, yliopistotyö tai ulkomaille lähteminen.

Kaikilla Birzeitin yliopiston fysiikan laitoksen professoreilla ja luennoitsijoilla on tohtorin tutkinto ulkomailta, enimmäkseen Yhdysvalloista tai Euroopasta. Tapasin itse asiassa Wafaan ensimmäisen kerran vuonna 2007 CERNissä, ja hän on ollut myös Helsingin yliopistossa tutkimassa teoreettista hiukkasfysiikkaa. Erään toisen henkilökunnan jäsenen tutkimusaihe sattui olemaan toisen väitöskirjaohjaajani Esko Keski-Vakkurin erikoisalalta, mustien aukkojen käsittelemisestä säieteoriassa.

Surullista kyllä, Birzeitissa ei kuitenkaan ole juuri mahdollista tehdä fysiikan tutkimusta, kaikki aika menee opetukseen ja hallinnollisiin tehtäviin. Yliopistotutkijoilla menee yleensäkin paljon aikaa muuhun kuin tutkimukseen, mutta harvoissa paikoissa tilanne on näin hankala. Fyysikot ovatkin Birzeitin yliopiston hallinnossa yliedustettuina, kenties heitä pidetään jotenkin erityisen järjestelmällisinä. Byrokratian lisääntymisen ja korkeampien hallintoportaiden kontrollin illuusion päivittely yhdistääkin fyysikoita maasta ja instituutista riippumatta.

Birzeitin yliopiston taipaleesta kiinnostuneille suosittelen yliopiston pitkäaikaisen virkaatekevän johtajan, toissavuonna kuolleen Gabi Baramkin, kirjaa ”Peaceful Resistance: Building a Palestinian University Under Occupation”.

Kolumni. Maanantaina 5.5. ilmestyvä kuukausittainen Helsingin sanomien tiedekolumnini käsittelee taloustieteen ja poliittisten päätösten suhdetta, otsikoksi tuli jotain sentapaista kuin Talouspolitiikkamme perustuu uskomuksiin. Seuraava kolumni ilmestyy 2.6..

Päivitys (05/05/14): Kolumnini on luettavissa Helsingin Sanomien verkkosivuilla.

---

Portaat muinaiseen maailmaan: askelma 3

14.4.2014 klo 10.57, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

BICEP2-koeryhmä ilmoitti maaliskuun 17. päivä havainneensa B-moodeina tunnetun pyörrekuvion kosmisen mikroaaltotaustan polarisaatiossa. Se saattaa aiheutua maailmankaikkeuden ensihetkien kosmisessa inflaatiossasyntyneistä gravitaatioaalloista. Matkalla BICEP2:n havainnoista inflaatioon on viisi askelmaa:

1) Onko BICEP2 havainnut B-moodeja?

2) Voivatko havaitut B-moodit selittyä tunnetuilla ilmiöillä?

3) Voivatko havaitut B-moodit selittyä muilla uusilla ilmiöillä kuin gravitaatioaalloilla?

4) Voivatko havaitut gravitaatioaallot olla peräisin muualta kuin inflaatiosta?

5) Mitä havaitut gravitaatioaallot kertovat inflaatiosta?

Kirjoitin edellisessä merkinnässä, että vastaus ensimmäiseen kysymykseen on ”erittäin luultavasti” ja toiseen ”ei vaikuta siltä, mutta varmuuden saamiseksi pitää odottaa Planck-satelliitin havaintoja”. Mainitsin myös, että melkein kaikissa silloin ilmestyneistä 88:sta asiaa käsittelevästä artikkeleista (nyt, viikkoa myöhemmin, niitä on noin 116) oli oletettu, että BICEP2:n havainnot pitävät paikkansa. Nyt on ilmestynyt ainakin yksi piristävä poikkeus, jossa on esitetty, että Linnunradassa saattaisi olla supernovien jäänteisiin liittyvä merkittävä B-moodien lähde, jota ei ole otettu huomioon. Ehdotuksessa on useita epävarmoja kohtia, mutta se on seuraamisen arvoinen, ja palaan asiaan tilanteen tarkentuessa. Aiheesta enemmän Physics Worldissa ja Peter Colesin blogissa (myös kommentit ovat kiinnostavia).

Oletan tässä, että B-moodeja on havaittu ja että niiden alkuperä on Linnunradan ulkopuolella, eli jatkan askelmalle 3.

3) Voivatko havaitut B-moodit selittyä muilla uusilla ilmiöillä kuin gravitaatioaalloilla?

Gravitaatioaallot eivät ole ainoita asioita, jotka synnyttävät B-moodeja. Kuten edellisessä merkinnässä mainittiin, gravitaatiolinssit saavat aikaan samanlaisia pyörrekuvioita kuin gravitaatioaallot. B-moodien alkuperän voi päätellä siitä, minkä kokoisia ne ovat. Gravitaatiolinssien aikaan saamat pyörteet ovat liian pieniä selittääkseen BICEP2:n havainnot, koska linsseinä toimivien galaksien ja galaksiryppäiden koko taivaalla on liian pieni. Tarvitaan siis jotain isompaa. Kahta mahdollisuutta on ehdotettu: galaksien välisiä magneettikenttiä ja kosmisia säikeitä.

Galaksien väliset magneettikentät olisivat luonteva vaihtoehto. Tiedetään, että galakseissa on magneettikenttiä. Linnunradan magneettikentissä liikkuvien hiukkasten lähettämät polarisoidut mikroaallot ovat tärkeä mahdollinen virhelähde BICEP2:lle, joskin luultavasti ne ovat liian heikkoja selittääkseen havainnot.

Mutta magneettikenttiä on myös isompia: suurimmat havaitut magneettikentät ovat noin miljoonan valovuoden laajuisia, mikä on tyypillisen galaksiryppään kokoluokkaa, eli tällaiset kentät saavat aikaan liian pieniä pyörteitä. Ei ole varmuutta siitä, mistä nämä magneettikentät ovat saaneet alkunsa. Uskottavia vaihtoehtoja on kaksi: joko ne ovat syntyneet kosmisten rakenteiden kuten galaksien ja galaksiryppäiden muodostuessa satojen miljoonien vuosien aikana, tai sitten ne ovat peräisin kosmisesta inflaatiosta.

Jos magneettikentät syntyvät galaksien ja muiden rakenteiden mukana, niiden maksimikoko on suunnilleen sama kuin noiden rakenteiden, eivätkä ne aiheuta tarpeeksi isoja pyörteitä. Mutta jos magneettikentät ovat syntyneet inflaatiossa, niin ne ovat alun perin olleet äärimmäisen lyhyitä, hiukkasfysiikan kokoluokkaa, ja venyneet sitten kosmisiin mittasuhteisiin maailmankaikkeuden laajentuessa. Tällöin ei ole mitään estettä sille, etteivätkö ne voisi olla galaksiryppäitä isompia, se on jopa luultavaa.

Miljoonaa valovuotta isompia magneettikenttiä ei ole havaittu, mikä tarkoittaa, että jos niitä on olemassa, niin ne ovat aika heikkoja. Jos oletetaan, että isot magneettikentät ovat suunnilleen niin voimakkaita kuin on mahdollista ilman että niitä olisi havaittu, ja niiden kokojakauma on sellainen mitä inflaatiolta odottaisi, niin voidaan laskea, millaisia B-moodeja ne aiheuttavat.

Tulos näyttää juuri oikealta: BICEP2:n näkemät B-moodit voisi selittää magneettikentillä ilman ainuttakaan gravitaatioaaltoa. Selitys on houkutteleva, koska ainakin pienempiä kosmisia magneettikenttiä on olemassa.

Sekä magneettikentät että gravitaatioaallot selittävät BICEP2:n havainnot hyvin, joten eron tekemiseksi niiden välillä pitää verrata lisäksi joihinkin muihin havaintoihin. Planck-satelliitin äärimmäisen tarkat kosmisen mikroaaltotaustan mittaukset ratkaisevat kiistan. Magneettikentät eivät muuta vain kosmisen mikroaaltotaustan polarisaatiota, ne myös vaikuttavat sen lämpötilaan. Toisin sanoen sen lisäksi, että magneettikentät muuttavat eri suunnista tulevan valon polarisaatiota, ne myös muuttavat sen kirkkautta, niin että taivaalle syntyy tietynlainen kuvio. Mikroaaltotaivaalle BICEP2:n havainnot selittävistä magneettikentistä syntyvä kuvio on erittäin heikko, lämpötilan muutos on alle sadasmiljoonasosan suuruinen. Planckin mittaukset ovat juuri ja juuri tarpeeksi tarkkoja, että se pystyisi tällaisen kuvion erottamaan, mutta sitä ei näkynyt. Magneettikentät eivät siis voi olla BICEP2:n B-moodeista vastuussa, ainakaan yksinään.

Eksoottisempi tapa saada aikaan B-moodeja ilman gravitaatioaaltoja on kosmiset säikeet. Kosmiset säikeet ovat kappaleita, jotka ovat lähes kaksiulotteisia: ne ovat tyypillisesti paljon protonin läpimittaa ohuempia, mutta niiden pituus voi olla miljardeja valovuosia. Ei tiedetä, onko kosmisia säikeitä olemassa. Mutta jos niitä on, niin niiden valtava tiheys vaikuttaa sekä kosmisen mikroaaltotaustan polarisaatioon että lämpötilaan.

1980-luvulla kosmiset säikeet olivat kosmisen inflaation kilpailija. Inflaatioidean mukaan galaksien siemeninä toimivat pienet tiheysvaihtelut ovat syntyneet kvanttivärähtelyistä maailmankaikkeuden ensimmäisen sekunnin alkuhetkinä. Säieidean mukaan epätasaisuudet syntyvät kosmisten säikeiden sivaltaessa maailmankaikkeuden aineen halki: galaksit syntyvät kosmisten säikeiden vanavedessä. Mikroaaltotaustan havainnot 1990-luvulla ja viimeistään 2000-luvun alussa osoittivat kuitenkin, että kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuudet näyttävät siltä, mitä inflaatio ennustaa, ei siltä, mitä kosmiset säikeet ennustaisivat.

Nykyään tiedetään, että kosmisen mikroaaltotaustan lämpötilan epätasaisuuksista vähintään 97% tulee inflaatiosta ja korkeintaan 3% voi olla peräisin säikeistä. Monet hiukkasfysiikan mallien mukaan kosmisia säikeitä kuitenkin syntyy varhaisessa maailmankaikkeudessa, joten mielenkiinto niihin on säilynyt.

Säikeet synnyttävät kuitenkin polarisaatiota tehokkaasti: vaikka niiden vaikutus lämpötilan vaihteluihin olisi pieni, ne voisivat saada aikaan havaittavia määriä B-moodeja. Toisin kuin gravitaatiolinssit, kosmiset säikeet voivat valtavan pituutensa ansiosta saada aikaan tarpeeksi isoja pyörteitä.

Ajatus on hyvä, mutta ei riitä se, että saa aikaan pyörteitä polarisaatiossa, vaan niiden pitää olla juuri oikean kokoisia ja vahvuisia, mutta ilman, että vaikutus lämpötilaan on isompi kuin 3%. Pelkästään BICEP2:n polarisaatiodatan kohdalla kosmiset säikeet menestyvät joten kuten. Mutta tarpeeksi vahvojen pyörteiden aikaan saaminen vaatii hyvin raskaita kosmisia säikeitä: sata metriä sopivaa säiettä painaisi saman verran kuin Kuu. Vaikka näitä säikeitä olisi hyvin harvassa, vain muutama koko näkemässämme maailmankaikkeudessa, niin ne vaikuttaisivat kosmisen mikroaaltotaustan lämpötilaan enemmän kuin tuo sallitut 3%.

1990-luvun loppupuolella ja 2000-luvun alussa tuli muotiin puhua ”täsmäkosmologiasta” ja mainostaa, että kosmologiasta on tullut tarkkoja mittauksia ja kehittynyttä teoriaa yhdistävä tieteenala. Tuolloin ilo oli kenties ennenaikaista, mutta nykyään tähän on päästy. B-moodien tarkastelussa on keskeistä polarisaatiolle omistautuneen BICEP2:n ja äärimmäisen tarkkoja yleismittauksia tehneen Planckin tulosten yhdistäminen. Usein apuna käytetään vielä muita havaintoja, joista en ole tässä maininnut, kuten taivaalla näkyvää galaksien jakaumaa, josta voi päätellä, miten maailmankaikkeus on laajentunut.

Tiettävästi kukaan ei ole keksinyt muita Linnunradan ulkopuolisia sopivia B-moodien lähteitä kuin gravitaatioaallot, magneettikentät ja kosmiset säikeet. Koska kumpikaan kahdesta jälkimmäisestä ei sovi havaintoihin, voidaan päätellä, että joko kosmologit ovat mielikuvituksettomia tai BICEP2 on nähnyt gravitaatioaaltoja.

On myös mahdollista, että kuvio syntyy osittain gravitaatioaalloista ja osittain kosmisista säikeistä ja magneettikentistä. Tämä voisi olla jopa suotavaa, koska vaikka havaitut pyörteet ovat juuri sopivan kokoisia gravitaatioaaltojen tuottamaksi, ne ovat hiukan odotettua vahvempia – tästä lisää seuraavilla askelmilla! (Voi tosin olla, että väliin tulee keventäviä ohjelmanumeroita, eli että seuraava merkintä ei koske BICEP2:ta.)

---

Portaat muinaiseen maailmaan: askelmat 1 ja 2

7.4.2014 klo 17.27, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Kolme viikkoa sitten BICEP2-koeryhmä ilmoitti havainneensa kosmisen inflaation synnyttämiä gravitaatioaaltoja. Jos tämä pitää paikkansa, niin kyseessä on vuosituhannen toistaiseksi tärkein hiukkasfysiikan/kosmologian löytö, viesti maailmankaikkeuden alkuhetkiltä ja ensimmäinen kiistaton kokeellinen todiste kvanttigravitaatiosta. Tämä olisi merkkipaalu maailmankaikkeuden perustavanlaatuisessa ymmärtämisessä. Tutkijat ovatkin rynnänneet tutkimaan BICEP2:n mittausten seurauksia. Kolmen viikon aikana on ilmestynyt ainakin 88 julkaisua, joissa käytetään BICEP2:n mittauksia.

Tuloksen suuren merkityksen takia täytyy tarkastella erityisen huolella sitä, pitääkö se paikkansa. BICEP2 ei näe gravitaatioaaltoja suoraan, se voi vain havaita niiden vaikutuksen varhaisesta maailmankaikkeudesta peräisin olevaan kosmiseen mikroaaltotaustaan, tarkemmin sanottuna sen polarisaatioon. Aloitetaan siis siitä, mistä polarisaatiossa on kyse.

Mikroaallot ovat aaltoja, jotka koostuvat sähkö- ja magneettikentistä. Koska ”sähkömagneettinen aalto” on pitkähkö ilmaisu, käytän jatkossa sanaa ”valo”, joka tarkoittaa samaa asiaa. Arkikielessä valo viittaa vain sellaiseen sähkömagneettiseen säteilyyn, jonka aallonpituus on sopiva, että silmämme havaitsevat sen, mutta fysiikassa sanaa valo käytetään aallonpituudesta riippumatta. Mikroaallot ovat siis näkymätöntä valoa.

Valo aaltoilee kohtisuoraan kulkusuuntaansa nähden. Vedenpinnan aallot käyttäytyvät samalla tapaa: aallot matkaavat vedenpinnan suunnassa, mutta aaltoilu tapahtuu ylös ja alas. Valo sen sijaan ei värähtele vain yhteen suuntaan, vaan mihin tahansa suuntiin tasossa, joka on kohtisuorassa niiden kulkusuuntaa vastaan. Tätä värähtelyä sanotaan polarisaatioksi. Eri valoaallot voivat värähdellä eri tavalla: jotkut värähtelevät vain ylös ja alas tiettyyn suuntaan, toiset värähtelevät monimutkaisemmin. Jos valo värähtelee yhtä paljon kaikkiin suuntiin, sanotaan, että se on polarisoitumatonta, muussa tapauksessa sitä kutsutaan polarisoituneeksi.

BICEP2 ilmoitti havainneensa taivaalta tulevien mikroaaltojen polarisaatio vaihtelevan eri suunnissa tietyllä tavalla. BICEP2:n löytämä polarisaatiokuvio on sellainen, joka syntyy inflaation synnyttämien gravitaatioaaltojen vaikutuksesta. Kyseinen polarisaatiokuvio on pyörteinen, ja se tunnetaan nimellä B-moodi. Kosmisessa mikroaaltotaustassa on toisenkinlainen polarisaatiokuvio, nimeltään E-moodi, joka ei kuitenkaan ole gravitaatioaaltojen kannalta kovin kiinnostava. E-moodeja havaittiin jo vuonna 2002.

Päättelyssä, joka johtaa BICEP2:n havainnoista kosmiseen inflaatioon voi erottaa viisi askelmaa:

1) Onko BICEP2 havainnut B-moodeja?

2) Voivatko havaitut B-moodit selittyä tunnetuilla ilmiöillä?

3) Voivatko havaitut B-moodit selittyä muilla uusilla ilmiöillä kuin gravitaatioaalloilla?

4) Voivatko havaitut gravitaatioaallot olla peräisin muualta kuin inflaatiosta?

5) Mitä havaitut gravitaatioaallot kertovat inflaatiosta?

Käsittelen tässä kahta ensimmäistä kysymystä ja kirjoitan kolmesta viimeisestä seuraavassa merkinnässä tai parissa. Joka kohdassa oletetaan, että edelliseen kysymykseen on vastattu tyydyttävästi, muuten ei voi jatkaa päättelyä kohti muinaisen maailmankaikkeuden tapahtumia.

1) Onko BICEP2 havainnut B-moodeja?

Toisin kuin mitä juuri sanoin, suurin osa teoreettisista fyysikoista on hypännyt ensimmäisten askelmien yli: BICEP2:sta ilmestyneissä papereissa valtaosasta (ellei peräti kaikissa) on oletettu, että havainnot pitävät paikkansa. Tämä on ymmärrettävää, koska on nopeampaa sanoa, miten valmiit teoreettiset mallit sopivat yhteen uusien havaintojen kanssa kuin ruveta syynäämään sitä, onko havainnot tehty oikein. BICEP2:n datan kriittistä tarkastelua tulee kuitenkin varmasti vielä julki, erityisesti Planck-satelliitin tutkijaryhmältä.

On kuitenkin erittäin luultavaa, että BICEP2 on todella havainnut B-moodeja. BICEP2 on suunniteltu nimenomaan B-moodeja silmälläpitäen ja väitetty signaali on selvästi laitteen mittaustarkkuuden rajoissa. Itse asiassa BICEP2 ei edes ole ensimmäinen koe, joka kertoo B-moodeja nähneensä. Samantyyppinen laite South Pole Telescope (SPT) Etelämantereella ilmoitti viime heinäkuussa havainneensa niitä. POLARBEAR, joka nimestään huolimatta sijaitsee Chilessä, seurasi perästä joulukuussa. Näiden kahden kokeen näkemät B-moodit eivät kuitenkaan ole peräisin gravitaatioaalloista, mikä johtaa seuraavaan kysymykseen.

2) Voivatko havaitut B-moodit selittyä tunnetuilla ilmiöillä?

B-moodeja synnyttävät muutkin asiat kuin gravitaatioaallot. SPT:n ja POLARBEARin havaitsemat B-moodit ovat syntyneet sen seurauksena, että kosminen mikroaaltotausta on kulkenut gravitaatiolinssien läpi. Kun eri kohdissa taivasta mikroaallot kulkevat hieman erilaisten linssien ohitse, niin syntyy pyörrekuvio. (Olisi houkuttelevaa selittää tämä suoraan siihen vedoten, että gravitaatiolinssit synnyttävät rengasmaisia kuvioita, mutta yhteys linssien ja B-moodien välillä on oikeasti monimutkaisempi.)

Gravitaatiolinssien ja gravitaatioaaltojen synnyttämät B-moodit voi erottaa siitä, että niihin liittyvät mikroaaltotaivaalla näkyvät pyörteet ovat erikokoisia. Gravitaatiolinsseinä toimivien galaksien ja galaksiryppäiden koko on pieni verrattuna koko taivaaseen, joten niistä syntyvät pyörteet ovat pieniä. Niiden tyypillinen maksimikoko taivaalla on alle yhden asteen, ja suurin osa niistä on paljon pienempiä. Inflaatiossa syntyvien gravitaatioaaltojen aallonpituus sen sijaan on iso: inflaation aikana ne venyvät valtaviin mittoihin. Niinpä ne saavat aikaan isompia pyörteitä. Inflaation synnyttämien gravitaatioaaltojen aiheuttamia pyörteitä on kahta tyypillistä kokoa, jotka ovat noin kaksi astetta ja noin 20 astetta. (En mene nyt siihen, miksi näin on!)

BICEP2 katsoo tarpeeksi isoa osaa taivaasta, että nuo kahden asteen pyörteet mahtuvat siihen, mutta tarpeeksi pientä, että voidaan valita puhdas osa taivasta, jossa Linnunradasta tulevaa polarisoitunutta mikroaaltosäteilyä on mahdollisimman vähän.

SPT ja Polarbear olivat myös polarisaatiokokeita, mutta niiden näkemä pala taivasta oli liian pieni gravitaatioaalloista aiheutuvien B-moodien hahmottamiseen. Planck katsoo koko taivaankantta, mutta sitä ei ole optimoitu polarisaatiota ajatellen: Planck on yleiskoe, se ei keskity vain yhteen asiaan. Planck on kuitenkin tärkeässä asemassa BICEP2:n tulosten tarkistamisessa.

Eräs mahdollisuus on nimittäin se, että BICEP2:n näkemät polarisoituneet mikroaallot eivät olekaan matkanneet Maapallolle kaukaa varhaisesta maailmankaikkeudesta, vaan ne ovat peräisin kodistamme Linnunradasta. Linnunradan magneettikentissä liikkuvista hiukkasista syntyy pyörteisiä polarisaatiokuvioita, eli B-moodeja. Vaikka BICEP2-ryhmä valitsi sellaisen taivaankannen osan, josta Linnunradasta tulee säteilyä mahdollisimman vähän, ja sen osuuden odotetaan olevan havaittua signaalia pienemmän, asian selvittämiseksi varmasti tarvitaan Planckin uusia havaintoja.

Yksi tähän liittyvä BICEP2:n heikkous on se, että se mittasi mikroaaltoja vain yhdellä aallonpituudella. Jos polarisaatiokuvio aiheutuu gravitaatioaalloista, niin se on hieman erilainen, kun katsotaan taivasta eri aallonpituuksilla, ja tiedetään miten kuvion pitäisi muuttua. Näin ollen mittaus eri aallonpituudella tarjoaisi tärkeän varmistuksen siitä, että kyseessä ei ole Linnunradasta tuleva säteily, jolla on erilainen riippuvuus aallonpituudesta. BICEP2-koeryhmä tekeekin paraikaa mittauksia Keck-nimisellä BICEP2:n seuraajalla, jossa on kaksi taajuutta.

Toinen mahdollinen ongelma on se, että kosmisten mikroaaltojen polarisaatio on hyvin heikkoa. Polarisaation vaihtelut eri suunnissa taivaalla ovat noin sata kertaa pienempiä kuin mikroaaltotaustan kirkkauden vaihtelut. Kirkkauden vaihtelut vaikuttavat polarisaation erottelemiseen datasta, joten niistä pitää olla varma yli prosentin tarkkuudella, jos haluaa olla polarisaatiosignaalista varma. BICEP on tarkastellut asiaa huolella, mutta riippumaton analyysi olisi silti tarpeen.

Katseet kohdistuvat Planck-ryhmään. Tarkasteltuaan asiaa ryhmä on ilmoittanut viralliseksi kannakseen sen, että jos BICEP2:n signaali on todellinen, niin Planckin mittaukset ovat tarpeeksi tarkkoja sen näkemiseksi. Ryhmä kuitenkin sanoo myös, että ei ole selvää, onnistuvatko he puhdistamaan Linnunradasta tulevan signaalin havainnoistaan ja ottamaan systemaattiset virheet huomioon tarpeeksi hyvin. Planckin polarisaatiodatan julkistusajankohdaksi on ilmoitettu lokakuu.

Toistaiseksi ei siis ole varmuutta siitä, onko BICEP2:n signaali todella kosmologista alkuperää, eikä selity Linnunradasta tulevalla säteilyllä. Toisaalta analyysissä ei ole mitään ilmeisiä virheitä eikä vakavia puutteita. Lisäksi mitattujen pyörteiden koko taivaalla on juuri se, mitä gravitaatioaalloilta odottaisikin, vaikka niiden voimakkuus onkin hieman odotettua isompi.

Jatkan seuraavassa merkinnässä siitä, voisivat B-moodit kertoa jostain muusta uudesta fysiikasta kuin gravitaatioaalloista, voisivatko gravitaatioaallot olla peräisin jostain muualta kuin muinaisten aikojen kosmisesta inflaatiosta, ja mitä ne kertovat maailmankaikkeuden alkuhetkistä.