Tiedeyhteisö kuhisee uusista tiedoista maailmankaikkeuden synnystä – "Nobel-tasoa"

Kosmologian professorin Kari Enqvistin mukaan ajatus universumin alkumetreillä tapahtuneesta valoa nopeammasta laajenemisesta ei ole ristiriidassa Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian kanssa.

Kotimaa
infografiikka
Painovoimaiset aallot muodostavat tutkijoiden mukaan selvän kuvion kosmisesta taustasäteilystä tehdyissä havainnoissa. BICEP2 Collaboration / CFA
Kuva Etelänavalla sijaitsevalta tutkimusasemalta maaliskuulta 2007. Etualalla on Bicep 2 -teleskooppi. Taustalla kauempana on Etelänapa-teleskooppi.
Yhdysvaltalaistutkijat tekivät havaintonsa etelänavalla sijaitsevalla radioteleskoopilla.

Kosmologian professori Kari Enqvist Helsingin yliopiston fysiikan laitokselta pitää maanantaina julkaistuja tutkimustuloksia alkuräjähdyksen ensimmäisistä hetkistä erittäin merkittävänä edistysaskeleena maailmankaikkeuden tutkimuksen saralla.

Enqvistin mukaan yhdysvaltalaistutkijoiden saamat tulokset ovat "Nobel-tason havaintoja", ja ne ovat ehtineet jo aiheuttaa tiedeyhteisössä valtavaa kuhinaa.

Yhdysvaltalainen tutkijaryhmä kertoi maanantaina saaneensa ensimmäisiä suoria todisteita maailmankaikkeuden alkuräjähdyksen ensihetkillä tapahtuneesta pikalaajenemisesta eli niin sanotusta kosmisesta inflaatiosta.

Kari Enqvist kuvailee tuloksia ovat eräänlaiseksi savuavaksi aseeksi maailmankaikkeuden sysäysmäisestä alkulaajenemisesta.

– Lyhyesti siinä on nähty gravitaatioaaltojen vaikutusta kosmiseen mikroaaltosäteilyyn (taustasäteilyyn), joka on alkuräjähdyksestä tulevaa säteilyä. Tämä on vahvistus niin sanotuille inflaatioteorioille. Niiden mukaan maailmankaikkeus laajeni valoa nopeammin aivan maailmanajan alussa, sekunnin triljoonasosan triljoonasosan aikana.

Kauan odotettu havainto

Kosmologian professorin Kari Enqvistin mukaan tutkijoiden toiveena on ollut jo pitkään havaita avaruudessa niin sanottuja gravitaatioaaltoja, joiden olemassaolon jo Albert Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ennusti. Niitä on epäsuoraan havaittu jo 1960-luvulla, kun on tutkittu kaukaisten neutronitähtien ratoja, mutta suora havainto on tähän saakka uupunut.

Vaikuttaa siltä, että näin on ihan oikeasti tapahtunut.

Kari Enqvist

– Gravitaatioaalto on ikään kuin ajan ja avaruuden häiriö, joka kulkee aaltona, Enqvist kuvailee.

Varhaisessa maailmankaikkeudessa tapahtunut eksponentiaalinen laajeneminen, inflaatio, synnytti aika-avaruudessa tällaista aaltoilua.

Enqvistin mukaan inflaatioteoriat ennustavat, että gravitaatioaaltojen aiheuttama häiriö pitäisi olla mahdollista havaita kaikkialta avaruudesta tulevassa taustasäteilyssä. Taustasäteily on mikroaaltosäteilyä. Se on peräisin ajalta, jolloin universumi oli noin 380 000 vuoden ikäinen.

Aaltoilun vaikutus näkyy erityisesti avaruudesta tulevan kosmisen säteilyn polarisaatiossa.

– Tämä nimenomaan oli se havainto eli havaittiin polarisaation tietty b-moodi. Teoria kertoo sitten, että sellaista ei kosmisessa mikroaaltosäteilyssä ole, ellei ole olemassa gravitaatioaaltoja, Enqvist selittää.

Kosmologian professorin mukaan tutkijoille oli yllätys, että gravitaatioaaltojen merkit nousivat havainnoista esiin niin voimakkaina. Todennäköisyyksien mittapuulla ne näyttäytyvät paljon selvempinä kuin esimerkiksi toissa vuonna tehdyssä Higgsin hiukkasen havainnossa.

– Tietysti kaikessa on aina epävarmuutta ja nyt sitten vaaditaan varmentavia havaintoja. Mutta kyllä tutkijat ovat nyt hyvin innoissaan ja lähes suut avoinna hämmästyksestä, sanoo Enqvist.

Valon nopeuden ylitys ei riko Einsteinin periaatetta

Näkemykset kosmisesta inflaatiosta alkuräjähdyksen ensihetkillä syntyivät alkujaan 1980-luvulla. Tutkijan mukaan teorian ajatuksena on, että kuumaa alkuräjähdystä edelsi valoa nopeammin tapahtunut laajeneminen, jossa pienestä pisteestä kasvoi silmänräpäyksessä moninverroin suurempi.

Gravitaatioaalto on ikään kuin ajan ja avaruuden häiriö, joka kulkee aaltona.

Kari Enqvist

– Protoniakin paljon pienemmästä "siemenestä" paisui arviolta metrin kokoinen pallo, joka sitten täyttyi kuumasta säteilystä. Se oli se kuuma alkuräjähdys, joka siitä lähti liikkeelle.

Enqvist kertoo, että toisin kuin voisi ajatella, valoa nopeampi laajeneminen ei ole ristiriidassa Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian kanssa vaan päinvastoin nojaa siihen.

– Se mitä suhteellisuusteoria sanoo, on että mikään signaali ei voi kulkea valoa nopeammin. Avaruusalus tai mikään massallinen objekti ei voi kulkea valoa nopeammin. Ja jos objektilla ei ole massaa, kuten valolla, se kulkee täsmälleen valon nopeudella.

– Mutta se ei kiellä avaruuden laajenemista valoa nopeammin, koska avaruuden laajenemisen avulla ei voi välittää mitään signaalia, tutkija korostaa.

Amerikkalaiset kiilasivat Planck-tutkijoiden edelle

Yhdysvaltalaistutkijat tekivät havaintonsa etelänavalla sijaitsevalla radioteleskoopilla, joka tarkkaili vain pientä osaa taivaasta. Normaalisti maanpäälliset havaintolaitteet kärsivät ilmakehän vääristävistä vaikutuksista, mutta nämä on pyritty minimoimaan sijoittamalla teleskooppi hyvin kylmään ja syrjäiseen paikkaan.

Suhteellisuusteoria sanoo, että mikään signaali ei voi kulkea valoa nopeammin. [...] Mutta se ei kiellä avaruuden laajenemista valoa nopeammin, koska laajenemisen avulla ei voi välittää mitään signaalia.

Kari Enqvist

Kosmista mikroaaltosäteilyä havaitseva Planck-tutkimussatelliitti, jonka toiminnassa suomalaisetkin ovat olleet mukana, on haravoinut avaruutta samojen tulosten toivossa kuin maanantaina julkisuuteen pompannut yhdysvaltalainen tutkijaryhmä. Satelliitin ensimmäiset havainnot julkistettiin viime vuonna.

– Sitä havaintodataa analysoidaan edelleenkin, mutta nyt kävi niin, että yhdysvaltalaiset "skuuppasivat" Planckin odotetun havainnon, Enqvist sanoo.

"Ei enää vain kiinnostava teoria"

Kosmologian professorin Kari Enqvistin arvion mukaan yhdysvaltalaistutkijoiden tuoreilla havainnoilla on tutkimusalalla mullistava vaikutus.

– Kyllä tässä voi ajatella olevan ikään kuin paradigman muutos. Nyt se (inflaatioteoria) ei ole enää kiinnostava teoreettinen konsepti, jolle on erilaista havaintotukea, vaan vaikuttaa siltä, että näin on ihan oikeasti tapahtunut.

Myös esimerkiksi inflaation tarkka ajanhetki ja energiaskaala on uusien tulosten myötä tarkentunut.

Tutkijan mukaan tulokset avaavat uusia polkuja jatkotutkimukselle, kun pyritään selvittämään, mitä maailmankaikkeuden alkuhetkien pikalaajenemisessa aivan fysikaalisestikin tapahtui.

Joissain arvioissa on esitetty, että tuoreet tutkimustulokset antaisivat lisäosviittaa sellaisille näkemyksille, joiden mukaan oma maailmankaikkeutemme olisi vain yksi monista rinnakkaisista universumeista. Kosmologian professori ei kuitenkaan näe tästä merkkejä.

– Se ei mitenkään sulje sitä pois, mutta en näe näissä tuloksissa mitään viitettä, jota voitaisiin tulkita sillä lailla. Innostusta se voi lisätä sellaisiin ajatteluihin, mutta kovaa tieteellistä evidenssiä ei mielestäni ole, Enqvist toteaa.