Kohti kaaren huippua
Satelliitti Euclid laukaistaan viimein heinäkuussa kiertoradalle. Tämänhetkisen aikataulun mukaan Euclid nousee taivaaseen lauantaina 1. päivä kello 18.42 Suomen aikaa. Odottaessa voi ostaa Euclid-paitoja ja muita fanituotteita Euroopan avaruusjärjestö ESAn nettikaupasta.
Euclid on ESAn uusin kosmologiasatelliitti. Edellinen oli 14 vuotta sitten laukaistu kosmista mikroaaltotaustaa katsonut Planck, seuraava on 14 vuoden päähän suunniteltu gravitaatioaaltoja kuunteleva LISA.
Kosmologian havaintoprojekteista on tullut isoja kuin hiukkasfysiikan kokeista. Euclidissa on yli 2 000 tutkijaa 300 instituutista 13 Euroopasta, Japanista, Kanadasta ja Yhdysvalloista. Euroopasta lienee vaikeampi löytää kosmologia, joka ei olisi mukana Euclidissa kuin Euclidin jäseniä.
Suomen osuutta johtaa Hannu Kurki-Suonio Helsingin yliopistosta, ja mukana on tieteilijöitä Helsingin, Turun ja Jyväskylän yliopistoista sekä Aalto-yliopistosta (minäkin). Tieteellisen laskennan keskus CSC on tärkeä kumppani, koska yksi Euclidin datankäsittelykeskuksista tulee Suomeen.
Isojen kokeiden kaari on pitkä. ESA valitsi Euclidin 4. lokakuuta 2011, samana päivänä kun Ruotsin tiedeakatemia päätti myöntää Nobelin palkinnon maailmankaikkeuden laajenemisen kiihtymisen havaitsemisesta. Kirjoitin vuonna 2012, että ”jos kaikki tapahtuu ajallaan (mikä lienee isoissa projekteissa poikkeuksellista), satelliitti laukaistaan seitsemän vuoden kuluttua”. Yksi viimehetken syy viivästymiseen on ollut se, että Euclid oli tarkoitus laukaista venäläisellä Soyuz-raketilla, mutta Venäjän hyökättyä Ukrainaan tilalle vaihdettiin SpaceX:n raketti Falcon 9 Block 5.
Planck teki maailman tarkimmat mittaukset koko kosmisesta mikroaaltotaivaasta, ja sen dataa käytetään vielä vuosikymmeniä. Euclidilla on vastaava rooli mitä tulee ison mittakaavan rakenteeseen eli galaksien, galaksiryppäiden ja muiden kosmisten kappaleiden jakaumaan. Ison mittakaavan rakenne on kosmisen mikroaaltotaustan ohella yksi kosmologian keskeisiä havaintokohteita.
Euclid kuvaa kolmanneksen taivaasta miljardien valovuosien päähän näkyvällä ja infrapuna-aallonpituudella. Lisäksi se mittaa pienen palan taivasta syvemmälle, ja näkee sieltä muun muassa varhaisten aikojen jättimäisten mustien aukkojen ympärille kertyneiden kiekkojen säteilyä.
Koska valo kulkee äärellisellä nopeudella, kun katsoo kauas paikassa näkee pitkälle menneisyyteen. Euclid siis havaitsee, miten aineen jakauma kehittyy maailmankaikkeudessa miljardien vuosien aikana. Yksi Euclidin tavoite on mitata muun aineen läpi virtaavien neutriinoiden massat havaitsemalla niiden vaikutus rakenteiden kehitykseen. Euclid myös tekee tarkkoja mittauksia varhaisen maailmankaikkeuden ääniaaltojen jalanjäljistä.
Galaksien paikkojen lisäksi Euclid mittaa puolentoista miljardin galaksin muodot. Meidän ja galaksien välinen aine taittaa galakseista tulevaa valoa. Niinpä muotojen vääristymästä voidaan päätellä kuinka paljon pimeää ainetta maailmankaikkeudessa on näkyvän aineen lisäksi.
Euclid näkee 200 000 galaksin ja 5 000 galaksiryppään taittavan valoa niin vahvasti, että taustalla olevien galaksien kuvat venyvät kaariksi ja hajoavat osiin. Nämä harvinaiset ilmiöt ovat hyödyllisiä testikappaleita. Nykyään tällaisia hyvin mitattuja systeemejä on vain joitakin kymmeniä.
Euclidin pääasiallinen tutkimuskohde on avaruuden laajenemisen kiihtyminen, jolle suosituin selitys on pimeä energia. Satelliitti on nimetty ”geometrian isänä” tunnetun kreikkalaisen matemaatikon Eukleideen mukaan, ja sen alkuperäisessä logossa oli vanha parrakas mies mittaamassa maailmankaikkeutta. Nimi viittaa siihen, että maailmankaikkeuden laajeneminen on aika-avaruuden kaarevan geometrian ilmentymä.
Vaikka Euclid suuntaa katseensa kauas, se näkee myös lähelle. Euclidin kuvissa arvioidaan näkyvän noin 150 000 Aurinkokunnan asteroidia, ja se erottaa yksittäisiä tähtiä jopa 20 miljoonan valovuoden päästä. Yksi kiinnostava kohde on 65-135 Auringon massan painoisten tähtien hajoamisesta syntyvät supernovat, joita Euclid voi nähdä paljon kauempaa. Niitä ei ole toistaiseksi havaittu ainuttakaan, ja gravitaatioaaltohavainnot saattavat viitata siihen, että jotakin noissa tähdissä ei ymmärretä.
Euclidilla kestää kuukausi kiivetä 1.5 miljoonan kilometrin päähän Maapallosta. Käyttöönotto ja koeaika kestää kolme kuukautta, eli tieteelliset havainnot alkavat marraskuussa. Satelliitti liikkuu Maan mukana Auringon ympäri. Mittausdataa kertyy 100 GB päivässä.
Euclidin on määrä tehdä havaintoja ainakin kuusi vuotta, mutta viralliset tavoitteet ovat varovaisia ja usein satelliitit kestävät suunniteltua pidempään. Planckin arvioitu kesto oli kaksi ja puoli vuotta, mutta se teki mittauksia yli neljä vuotta, kunnes lopulta jäähdytinaine loppui.
Tavallisen käytännön mukaan Euclid-ryhmä analysoi ensin itse datan ja tekee siitä analyysin, sen jälkeen data annetaan kaikkien käyttöön. Ensimmäiset tulokset ja havainnot on tarkoitus julkistaa vuonna 2025, ja kaiken datan pitäisi olla julkista 2030. Suurimman osa Euclidin havaintoja käyttävästä tieteestä tekevät muut kuin Euclid-ryhmä. Euclidin kaari jatkuu kauan sen jälkeen kun satelliitti on sammutettu ja heitetty pois avaruuteen.
”Yksi viimehetken syy viivästymiseen on ollut se, että Euclid oli tarkoitus laukaista venäläisellä Soyuz-raketilla, mutta Venäjän hyökättyä Ukrainaan tilalle vaihdettiin SpaceX:n raketti Falcon 9 Block 5.”
Venäjä ei ole hyökännyt Ukrainaan vaan Venäjällä on sotilaallinen erikoisoperaatio venäjää puhuvien ja venäjämielisten kansalaisten suojelemiseksi Ukrainassa. Olisi toivottavaa, että tieteellinen yhteistyö voitaisiin irrottaa politiikasta!
Hyökkäyksen ja sodan todellisuuden peitteleminen kielellisillä tempuilla on hyökkääjille ja miehittäjille tyypillistä.
Tämän blogin kommentteihin se ei kuulu.
Tiede on osa yhteiskuntaa, ja siksi tieteellisessä yhteistyössä on syytä ottaa huomioon yhteiskunnan kehitys ja tieteilijöiden vaikutus.
Tieteilijöiden vastuusta aiemmin, ks.
https://web.archive.org/web/20150411182551/http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/ympariston_vaikutus_olomuodon_muutoksissa
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/rajaton-tiede/
Tämä riittäkön tästä aiheesta tällä kertaa.
Jänniä aikoja jos gravitaatiolinssien mittaukset vetää rajaa muokatun gravitaation ja pimeän aineen välille
Niinpä.
Käsittääkseni Euclidin tavoitteena ei ole osoittaa, kumpi hypoteesi on parempi, vaan pikemminkin auttaa tarkemmin ymmärtämään kaikkeuden ominaisuuksia ja kehitystä.
Gravitaatiolinssihavaintojen kartoitus saattaa antaa valoa siitä mistä suunnasta voisi pimeän gravitaation luonteeseen löytyä selitystä, mutta ennakoidun mallin ratkaisijaksi todennäköisyys on häviävän pieni. Sen voi tietysti sanoa jo etukäteen, että koska pimeä aine on luonteeltaan lisätty parametri, sitä ei saada pois ilman uutta teoriakehystä. Esim. MOND puolestaan on sovitettua matematiikkaa ilman varsinaista fysikaalista motiivia, joten se voi lähinnä tulla pois suljetuksi.
Mielenkiintoisinta olisi tulos, joka voisi johtaa yleisen suhteellisuuden kuvauksen syventämiseen.
En tiedä mitä tarkoitat termillä ”pimeä gravitaatio”.
Euclidin pääasiallinen tehtävä on maailmankaikkeuden kiihtyvän laajenemisen luotaaminen, ja suosituin selitys sille on pimeä energia. Se on eri asia kuin pimeä aine.
Pimeä aine ei ole ”lisätty parametri”, vaan fysikaalinen idea, jota on toteutettu monissa eri malleissa. (Eli on olemassa erilaisia ehdokkaita sille, mitä pimeä aine voi olla.)
Pimeällä gravitaatiolla tarkoitan tutkimuskokonaisuutta, jossa nimettyinä avoimina (pimeinä) kysymyksinä ovat pimeä energia, pimeä aine ja gravitaatioon hakusalla olevat kvantit.
Mm. Vulcanus oli lisätty parametri, kunnes selitys löytyi Merkuriuksen eksentrisen radan aiheuttamien gravitaatiomuutosten signaaliviiveistä.
Voiko pimeä aine olla kupruja aika-avaruudessa ilman että varsinaista pimeän aineen hiukkasta olisikaan olemassa? Maailman kaikkeuden jäähtyessä muitakin valuvikoja syntyi.
Kyllä, niitä sanotaan mustiksi aukoiksi.
Luin blogisi kyllä plackin mittakaavan mustista aukoista mutta onko useita vaihtoehtoja syntymekanismiksi? Mahdollisesti romahtaneita axion säikeitä?
On tosiaan monia ehdotuksia mustien aukkojen tuottamiseksi, yksi niistä aksionisäikeiden romahdus.
MOND on toinen vaihtoehto mustille aukoille. Hiljattain julkaistu korealaistutkimus kaksoistähdistä puoltaa MOND teoriaa. Ylipäätänsä oletus että avaruus kaaretuu ainaostaa energiatensorin mukaan saattaa olla väärä suurilla etäisyyksillä.
MOND ei ole vaihtoehto mustille aukoille. Se on ehdotus muokatuksi gravitaatiolaiksi, joka selittäisi aineen liikkeitä galakseissa ilman pimeää ainetta. Se ei ole kokonainen teoria, joka selittäisi kaikkia havaintoja, mutta on esitetty teorioita, joista MOND olisi approksimaatio.
Yksikään näistä teorioista ei ole ennustanut oikein asioita, joita pimeä aine ei selittäisi, eikä pysty selittämään kaikkia asioita, mitä pimeä aine selittää.
Ei tästä nyt sen enempää.
Tarkemmin: https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/luodin-jaljet/