Sarjan ensimmäinen jakso
Olin tällä viikolla Nordita-tutkimuskeskuksessa Tukholmassa konferenssissa, joka oli nimetty ensimmäiseksi pohjoismaiseksi kosmologiatapaamiseksi. Pohjoismaissa on kyllä tapailtu kosmologian merkeissä aikaisemminkin, mutta järjestäjät valitsivat luvun yksi toivoen, että tästä alkaisi säännöllinen vuosittaisten tapaamisten sarja. Säieteoreetikoilla on ollut tällaisia tapaamisia pohjoismaissa jo 32 vuotta.
Kosmologia, kuten monet fysiikan alat, on hyvin kansainvälistä ja tutkijat kiertävät eri maiden instituuteissa. Niinpä kosmologien pääasiallinen akateeminen samaistumiskohde on usein ennemmin oman tieteenalan maailmanlaajuinen yhteisö kuin oma yliopisto kaikkinensa. Mutta on silti tutkimukselle eduksi, että tutkijoilla on hedelmällinen ympäristö omassa instituutissa ja lähialueella.
Kosmologian tutkimuksesta on tullut hyvin erikoistunutta, ja puheiden kuunteleminen auttaa ymmärtämään, mitä muut tekevät ja ajattelevat ja pitää yhteisöä kasassa. Suuri osa tutkijoiden yhteistyöstä syntyy epämuodollisissa keskusteluissa, joita varten konferenssit ja vierailut muissa instituuteissa ovat korvaamattomia.
Konferenssissa käsiteltiin paljon varhaisen maailmankaikkeuden mahdollisia olomuodon muutoksia ja kosmisia säikeitä, ja niistä syntyviä gravitaatioaaltoja. Suunnitelmien mukaan vuonna 2037 Aurinkoa kiertävälle radalle nouseva LISA-satelliitti saattaa havaita tällaisia aaltoja, ja siihen valmistaudutaan tohinalla. Helsingissä on monta alan tutkijaa. Vuosikymmenten työn ja tietokoneiden kehityksen seurauksena nykyään pystytään yhdistämään hiukkasfysiikan teoriat havaintoihin paljon aiempaa tarkemmin ja myös helpommin, kun osa laskuista on pystytty automatisoimaan. Käsityö on silti yhä tärkeää.
Myös aksioneista oli useita puheita. Se mahdollisuus, että pimeä aine koostuu aksioneista, on kasvattanut suosiotaan kun aiemman suosikin, nynnyjen, kiilto on himmennyt. Nyt aksioneista ilmestyy noin kymmenen tieteellistä artikkelia viikossa.
Pääsimme tutustumaan ALPHA-laitteiston prototyyppiin Tukholman yliopiston kellarissa. ALPHA on yksi useista kokeista, jotka etsivät lävitsemme mahdollisesti koko ajan matkaavia aksioneja. Ensi vuosikymmenellä joko suljetaan pois suuri osa lupaavista aksionimalleista tai sitten aksionit löydetään. Teoreetikot vaikuttuvat helposti siitä, mitä kaikkea kokeelliset fyysikot pystyvät tekemään – en ole varma mitä kokeilijat ajattelevat teoreetikoista, varsinkaan niistä jotka tulevat heidän laboratorioonsa tyhmine kysymyksineen.
Maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden tarkka arvo on noussut kosmologisten havaintojen isoimmaksi kysymykseksi. Havainnot maailmankaikkeuden myöhäisistä ja varhaisista ajoista näyttävät olevan ristiriidassa. On ollut vaikea löytää sen enempää vikoja havainnoista kuin uusia fysiikan teorioita, jotka korjaisivat ristiriidan.
Martin Sloth, jonka kanssa istuimme samassa toimistossa jatko-opiskelijoina, esitti tapaamisessa oman mallinsa, missä pimeän aineen lisäksi on olemassa monimutkaisempi kokoelma meille näkymättömiä hiukkasia, joiden keskinäinen vuorovaikutus muuttaa laajenemisnopeutta varhaisina aikoina.
Viime aikoina konferensseissa on kenties ollut aiempaa vähemmän uusia ideoita ja voimakkaita väittelyitä (joku voisi sanoa riitoja). Havaintojen datamäärän kasvamisen ja teorioiden kehityksen myötä kosmologiasta on tullut järjestelmällisempää yhteistyötä.
Samalla rahoittajien, erityisesti Euroopan unionin, taipumus keskittää paljon rahaa valituille yksilöille laajemman tutkimusympäristön sijaan saattaa rajoittaa uusien ideoiden syntyä, sen sijaan että vapauttaisi tutkijat seuraamaan lupaavia uusia avauksia. Projektin johtaja ja joukko muita tutkijoita joutuvat sitoutumaan pitkäksi aikaa ennalta määrättyyn tutkimussuunnitelmaan, ja isoon rahoitukseen liittyy myös hallinnollisia velvoitteita. Joskus apurahoihin liittyy myös epärealistisia odotuksia – Einsteinia ei saa rahalla.
Mutta havainnot ja niiden analyysi ovat erinomaisessa kunnossa, ja vievät alaa eteenpäin. Niiden kehitys on vaikuttavaa seurattavaa. Seuraavan kymmenen vuoden kuluttua olemme kartoittaneet kymmenen miljardia galaksia, eli 10% kaikista maailmankaikkeuden meille näkyvän osan galakseista, mikä tuntuu uskomattomalta.
Hienostuneiden menetelmien kehitys ja tietokoneiden laskentatehon kasvu mahdollistaa uudenlaiset tavat analysoida havaintoja. Nykyään voidaan samaan aikaan verrata useiden eri havaintojen dataa toisiinsa ja teoriaan, kuljettaen niiden kaikkien miljardien parametrien epävarmuuksia mukana huolellisesti.
Perinteisesti on ensin otettu teoria, jonka puitteissa havaintoja analysoidaan, ja vedetty johtopäätöksiä, joita verrataan muiden teorioiden ennusteisiin. Näin ei ole aina selvää, mikä osa havainnoista vedetyistä johtopäätöksistä riippuu mistäkin teorian piirteestä.
Vaikuttava esimerkki uudenlaisesta analyysistä on Cosmoglobe-projekti, joka syynää kosmisen mikroaaltotaustan havaintoja. Samaa teki aiemmin projekti BeyondPlanck, jossa Helsingin yliopiston tutkijat Elina Keihänen ja Anna-Stiina Suur-Uski olivat mukana. BeyondPlanck analysoi Planck-satelliitin dataa sen jälkeen kun varsinainen Planck-projekti oli jo loppunut. Cosmoglobe kantaa soihtua ja osoittaa, miten vanhan datan huolellinen analyysi paljastaa kiinnostavia piirteitä kuin vanhojen mestarien maalausten restaurointi.
kuinka tarkasti noita galakseja kartoitetaan ?
tarkentuuko galaksien sisäinen kartoitus myös samalla kun maailman kaikkeuden kartoitus ?
voiko tuosta 10 % per 10 vuotta päätellä että 100 vuoden päästä meillä olisi koko tai lähes koko
maailmankaikkeus kartoitettuna ?
Todella mykistävä määrä kartoitusta..
Olen ollut siinä luulossa että kartoituksessa menisi tuhansia vuosia vähintään.
Teknologia kehittyy nopeasti, joten tuskin menee sataa vuotta. Suurimmasta osasta ei galakseista ei vielä saada tarkkoja tietoja sisärakenteesta, vain lähellä olevista. En tunne näitä havaintoja hyvin.