Kosmokseen kirjoitettua

Jatkoa suosikkisarjalle

25.3.2025 klo 21.37, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Järjestimme toissaviikolla Helsingissä kosmologiakonferenssin. Lokakuussa 2023 Tukholmassa pidettiin ensimmäiseksi pohjoismaiseksi kosmologiatapaamiseksi nimetty tapahtuma, jonka toivottiin aloittavan vuosittaisten tapaamisen sarjan. (On kosmologiatapaamisia oikeasti ollut täällä aiemminkin.) Päätimme järjestää seuraavan Helsingissä, mutta aikaa vierähti vuoden sijaan puolitoista. Osallistujia oli noin 70, eli kosmologian mittapuulla tämä oli pienehkö paikallinen tapahtuma.

Tapaaminen tarjosi läpileikkauksen siihen, mitä kosmologit pohjoismaissa (ja vähän muuallakin) tällä hetkellä puuhaavat: pimeää ainetta, pimeää energiaa, yleisen suhteellisuusteorian laajennuksia, gravitaatioaaltoja ja mustia aukkoja. Tässä joitakin poimintoja kymmenistä puheista.

Ajankohtaisin hanke on Euroopan avaruusjärjestö ESAn Euclid–satelliitti. Valitettavasti sen ensimmäiset tulokset tulivat julki vasta seuraavalla viikolla, joten Suomen Euclid-ryhmän johtajan Elina Keihäsen puhe oli kuin traileri, joka rakentaa odotuksia. Ensimmäiset julkistetut havainnot koskevat joka tapauksessa lähinnä tähtitiedettä, uutisia kosmologiasta (kuten pimeän energian mahdollisesta aikakehityksestä) saadaan odottaa lokakuuhun 2026 asti.

Euclidin jälkeen ESAn seuraava kosmologiasatelliitti on gravitaatioaaltoja mittaava LISA. Sen on määrä nousta taivaalle 2035, mutta teorian ennusteita ja data-analyysin menetelmiä valmistellaan tohinalla jo nyt. Samaa suomalaista kosmologian datakeskusta, jolla on perattu Euclidin tekemiä havaintoja, käytetään LISAn havaintojen simuloimiseen ja simuloidun datan analysoimiseen, mitä Deanna Hooper Helsingistä esitteli.

Nykykosmologiasta kertoo paljon se, että LISAn kaltaisten monimutkaisten kokeiden tulkinta vaatii yli kymmenen vuoden valmistelua. Kiinnostavinta on se, mitä ei osata odottaa, mutta sitä suuremmalla syyllä pitää tarkkaan tietää miltä odotettu signaali näyttää, jotta voi erottaa poikkeamat ja pystyy seulomaan signaalin kohinasta.

LISA on suunniteltu näkemään galaksien keskustoissa yhtyvien mustien aukkojen lähettämät gravitaatioaallot, mutta sen näköalaan sattuvat osumaan myös Higgsin kentän olomuodon muutoksessa syntyneet gravitaatioaallot. Tämä ensimmäisen sekunnin sadasosan miljardisosan aikana tapahtunut mullistus on varhaisen maailmankaikkeuden keskeinen tapahtuma, ja Suomessa ja muualla pohjoismaissa ollaan maailman kärjessä sen laskemisessa, millaisia gravitaatioaaltoja siinä voi syntyä.

Idea on yksinkertainen: kun olomuoto muuttuu, niin syntyy kuplia, kuin veden kiehuessa, ja kuplien törmäykset värisyttävät aika-avaruutta eli saavat aikaan gravitaatioaaltoja. Käytännössä ennusteiden laskeminen on osoittautunut pitkälliseksi tehtäväksi, jossa etenemisestä Jorinde van de Vis CERNistä kertoi.

David Mota Oslosta puhui yleisen suhteellisuusteorian laajennuksista. Yleinen suhteellisuusteoria on toistaiseksi perustavanlaatuisin teoriamme ajasta, avaruudesta ja gravitaatiosta. Siihen on kehitetty satoja laajennuksia (minäkin olen työskennellyt useiden sellaisten parissa). Poikkeamille yleisestä suhteellisuusteoriasta on kuitenkin tarkentuneiden havaintojen myötä yhä vähemmän tilaa nykymaailmankaikkeudessa. (Varhaisessa maailmankaikkeudessa on toisin.)

Jos haluaa galaksien mittakaavassa tai muissa tutkimattomissa kolkissa muuttaa yleistä suhteellisuusteoriaa, niin täytyy tehdä paljon töitä muutosten piilottamiseksi siellä, missä havaintoja on. On huvittavaa verrata tilannetta tieteenhistorioitsija Thomas Kuhnin vuonna 1961 esittämään arvioon, jonka mukaan yleinen suhteellisuusteoria saattaa unohtua pian kokonaan, koska sitä on niin vaikea kokeellisesti testata.

Kosmologeilta usein kysytään, eikö gravitaatioteorian muokkaus voisi tehdä pimeän aineen tarpeettomaksi, mutta pimeä aine on havaintojen puolesta osoittautunut ylivoimaiseksi. Sen ainesosia ei kuitenkaan ole suoraan löydetty, vaikka niitä kovasti etsitään, kuten Matti Heikinheimo Helsingistä kertoi.

Pimeän aineen etsiminen on kasvanut isoksi tutkimusalueeksi, ja kokeita on ainakin parikymmentä ympäri maailmaa. Yksi niistä, DAMA/Libra, on väittänyt löytäneensä pimeän aineen hiukkasen. Heikinheimo ja muut tutkijat Helsingistä ovat mukana kokeessa COSINUS, jonka odotetaan lyövän lisää nauloja DAMAn/Libran arkkuun. COSINUS aloittaa pian datan keräämisen.

Tälläkin alalla teknologinen edistys on ollut valtavaa. Aikoinaan neutriinoiden suoraa havaitsemista pidettiin lähes mahdottomana, pian laitteet ovat niin herkkiä, että etsitty signaali uhkaa hukkua neutriinoiden taustakohinaan.

Yksi muodikas ehdokas pimeäksi aineeksi ovat mustat aukot, joista Hardi Veermäe Tallinnasta puhui. Niiden etsinnässä ei ole kyse vain uusista havainnoista, vaan myös sen ymmärtämisestä, mitä kaikkea mustat aukot oikeastaan tekevätkään. Veermäe kuvasi, miten aukot voivat muodostaa pareja ja kolmikoita, jotka kieppuvat toistensa ympäri niin kiivaasti, että niiden lähettämät gravitaatioaallot olisi voitu jo nähdä – tämä ei sulje pois kaikkia ideoita mustista aukoista, mutta osan kylläkin.

Vaikka kosmologia on kansainvälistä, on myös hyödyllistä ylläpitää paikallista yhteisöä ja rakentaa yhteistyötä. Oli erityisen mukava nähdä paljon osallistujia Baltiasta, ja voi olla, että seuraava pohjoismainen kosmologiatapaaminen pidetään Tartossa tai Vilnassa (käsityksemme pohjoismaista on melko laaja).