Hyppää sisältöön

Maailmankaikkeuden uudessa 3D-kartassa on jo enemmän galakseja kuin aiemmissa yhteensä – kartoituksen odotetaan selventävän pimeän energian arvoitusta

Spektrometri kerää tietoa valosta, joka lähti matkaan miljardeja vuosia sitten. Kaukaiset havainnot ovat muistoja nuoresta maailmankaikkeudesta, jossa meidän aurinkokuntaamme ei ollut vielä pitkään aikaan.

DESI-spektrometrin havaintoihin perustuvassa kartassa maapallo on vasemmassa alakulmassa. Jokainen kartoitetun sektorin väripiste on satojen miljardien tähtien muodostama galaksi. Kuva: D. Schlegel / Berkeley Lab, DESI-data

Runsaan kahden kilometrin korkeudessa Kitt Peakin vuorella Arizonassa taivaita tähyilee teleskoopin osana spektrometri DESI (siirryt toiseen palveluun), jolla on silmää hyvin kaukaisille galakseille, myös niille himmeille, joita ei tätä ennen ole havaittu.

Kalifornian yliopiston johtaman Lawrence Berkeleyn laboratorion (siirryt toiseen palveluun) DESI, "pimeän energian spektroskooppinen instrumentti", koostuu viidestätuhannesta valokuidusta. Jokaista ohjaa oma pieni robottinsa.

Kuitujen pitää olla tarkalleen oikeassa asennossa vangitessaan valoa, jota tihkuu maailmankaikkeudesta Maahan. Jotta galaksit erottuisivat toisistaan, asennossa ei saa olla heíttoa edes hiuksen paksuuden vertaa.

DESI on tehnyt työtään runsaat seitsemän kuukautta, ja ensimmäiset tulokset on nyt kerrottu julkisuuteen. Muhkeasta datamäärästä riittää louhittavaa monenlaiseen avaruustutkimukseen jo nyt, saati vuonna 2026, jolloin työ on valmis.

Kolmiulotteisessa kartassa ennakoidaan olevan silloin yli 35 miljoonaa galaksia.

Koronapandemia viivästytti DESIn käyttöönottoa, mutta viime toukokuussa laite pääsi tositoimiin osana vuorenhuipulla Arizonan autiomaassa seisovaa Nicholas U. Mayall -teleskooppia. Pian viisikymmenvuotiaan teleskoopin saavutuksiin kuuluvat muun muassa Pluton ja Saturnuksen kuun Titanin metaanihavainnot. Kuva: P. Marenfeld / KPNO / NOIRLab

Kun galaksin valo taittaa pitkää matkaansa avaruudessa, valon spektrissä eli aallonpituusalueen värijakaumassa tapahtuu muutoksia.

Mitä suurempi punasiirtymä on, eli mitä lähemmäksi spektrin punaista päätä tietty aallonpituus on hivuttautunut, sitä pitempi matka galaksista on Maahan.

Spektrien perusteella tehdy kartan avulla tutkijat voivat päätellä, mitkä galakseista ovat joukkoja ja superjoukkoja. Ryhmittymissä on kaikuja niiden muodostumisesta aikana, jolloin kosmos oli vasta vauvaiässä.

Kartassa on paljon kaunista, kuvailee Berkeleyn laboratorion astrofyysikko Julian Guy.

– Galaksien jakaumassa kartalla on maailmankaikkeuden suurimpia rakenteita: valtavia klustereita, filamentteja ja tyhjiöitä. Samalla niiden joukossa on muisto kaikkein varhaisimmasta universumista ja sen laajenemisesta, Guy selittää.

DESIn nimi kertoo laitteen suurimmasta haasteesta: sen toivotaan auttavan ymmärtämään pimeää energiaa. Painovoimaa vastaan puskeva pimeä energia on valtava voima ja suuri arvoitus.

Kun maailmankaikkeus jatkaa laajentumista, sinne ilmestyy yhä enemmän pimeää energiaa. Se puolestaan nopeuttaa laajenemista entisestään.

Avaruus laajenee, totesi yhdysvaltalainen astronomi Edwin Hubble 1920-luvulla. Hänen mukaansa nimetty avaruusteleskooppi tuotti 1990-luvulla toisen yllätyksen: painovoimasta huolimatta laajeneminen ei hidastu vaan nopeutuu. Hubble-teleskooppi on tehnyt 31-vuotisen lentonsa aikana muutenkin huimaa työtä. Havaintoja on kertynyt yli puolitoista miljoonaa. Kuva: Nasa

Pimeä energia ratkaissee lopulta maailmankaikkeuden kohtalon. Jatkuuko laajeneminen ikuisesti? Vai tapahtuuko käänteinen alkuräjähdys; romahtaako maailmankaikkeus kasaan? Tai ehkä se repeytyy hajalle?

Tulevaisuuden ennustaminen vaatii tietoa siitä, miten pimeä energia on käyttäytynyt menneisyydessä. DESItä odotetaan dataa, josta saadaan pohjaa vastauksille.

Yksi kiinnostavista kysymyksistä on pimeän energian rooli Linnunratamme ja muiden galaksien synnyssä ennen ja edelleen.

Kotigalaksimme Linnunrata: parisataa miljardia tähteä, kaasua, pölyä ja paljon enemmän pimeää ainetta ja pimeää energiaa. Maailmankaikkeudessa arvioidaan olevan satoja miljardeja galakseja, ehkä jopa kaksi biljoonaa. Kuva: A. Fujii / Esa

DESIn dataa käytetään myös mustien aukkojen tutkimiseen. Jokaisen suuren galaksin keskellä on päätelty olevan iso musta aukko. Onko pienten galaksien keskellä vastaavasti aina oma pieni aukkonsa? Sitä ei vielä tiedetä.

Mustan aukon paljastaa mustasta avaruudesta yleensä kaasu, pöly ja muu aines, joka kuumuu matkallaan kohti syöveriä. Siten muodostuvat aktiiviset galaksiytimet ovat maailmankaikkeuden kirkkaimpia kohteita.

Pienillä galakseilla ne eivät kuitenkaan ole kyllin kirkkaita, jotta ero vastasyntyneisiin tähtiin olisi selvä. DESIn spektrimittauksien ja laajan katseen odotetaan antavan pienten galaksien keskustoista enemmän tietoa kuin on ollut saatavilla koskaan ennen.

DESIn dataa hyödyntävät myös kvasaarien tutkijat. Kvasaarit ovat hyvin kaukaisia ja erittäin kirkkaita galakseja maailmankaikkeuden muinaisuudesta. Niiden poikkeuksellisen voimakkaan säteilyn syy on ahnas supermassiivinen musta aukko.

Yksin DESIn havaitsemista kvasaareista on pilkahdus siitä, miltä maailmankaikkeudessa näytti lähes 13 miljardia vuotta sitten. Alkuräjähdyksestä oli kulunut alle miljardi vuotta. Meidän aurinkokuntamme ei ollut olemassa vielä yli kahdeksaan miljardiin vuoteen. Kuva: Jinyi Yang / Arizonan yliopisto

Brittiläisessä Durhamin ylipistossa (siirryt toiseen palveluun) pyritään DESIn avulla kvasaarien syntyhistorian jäljille. Siitä on hypoteesi, mutta datan puuttuessa sitä on ollut vaikea todistaa.

Hypoteesin mukaan nuoret kvasaarit punertavat niitä ympäröivän tomupilven vuoksi, niin kuin Aurinko pilkottaessaan usvan läpi. Ikääntyessään kvasaarit häätävät tomun ja alkavat sen vuoksi sinertää.

DESI on jo antanut tutkijoille materiaalia hypoteesin testaamiseksi, ja lisää on tulossa yllin kyllin: kartoituksen päättyessä tietoa arvioidaan olevan noin 2,4 miljoonasta kvasaarista.

Jo nyt monet uusista havainnoista ovat paljon himmeämpiä ja punaisempia kuin aiemmin tunnetut. Useita tutkijat kuvailevat niin eksoottisiksi, että vastaavia ei ole koskaan päästy tarkastelemaan kunnolla.