Tähtitiedekeskus Chilessä tutkii universumin alkuhetkiä

Chilen autiomaasta alkaa uusi löytöretkien aika, povaavat tähtitieteilijät. Miljardiluokan observatoriosta odotetaan mullistavia tuloksia muun muassa tutkijoiden yhden unelman, Albert Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian yhden osan vahvistamiseksi.

tiede
ALMAn antennikenttä
ALMAn antennikenttä sijaitsee 5 000 metrin korkeudessa Atacaman autiomaassa.Clem & Adri Bacri-Normier /ESO

Chilen pohjoisessa autiomaassa Atacamassa on käynnistetty uusi tähtieteen huippuobservatorio. Kuiva ja valosaasteeton alue on suosittu suurten kansainvälisten observatorioiden sijoituspaikka, ja Chile pitääkin tähtitaivasnäkymiään suorastaan luonnonvaranaan.

Uusin tulokas on Euroopan, Yhdysvaltain ja Itä-Aasian yhteinen ALMA, jossa Suomikin on mukana.

Tähtitiedettä 5 000 metrin korkeudella

Lähdemme kohti ALMAa San Pedro de Atacaman aavikkokaupungista. Matkailijoiden suosima keidaskaupunki sijaitsee loputtomien hiekkatasankojen keskellä ja kaukana kaikesta: 1 600 kilometriä Chilen pääkaupungista Santiagosta pohjoiseen, lähellä Bolivian rajaa.

Hiekka pöllyää ja vuoristoilma on ohutta, kun aloitamme nousun kohti tutkimuslaitosta, joka on suurin Maan päällä toimiva tähtitieteen hanke.

Rinteen juurella turvatarkastuspisteellä turvamies selostaa ohjeita korkeaan ilmanalaan. Tutkimuskeskus sijaitsee 3 000 metriä merenpinnan yläpuolella ja sen antennikenttä 5 000 metrin korkeudella, Himalajan Mount Everestin perusleirin tasolla.

Happimittarit mittaavat sormenpäästä hetkessä pulssin ja veren happipitoisuuden. Saamme mukaamme säiliöllisen lisähappea. Se auttaa, jos hapenpuutteesta päätä alkaa särkeä, ajatukset hidastuvat tai pahoinvointi iskee.

– Päättelykyky hidastuu ja voi tehdä virheitä, kuvaa ALMAn turvallisuusjohtaja Raúl Aguilar.

Elimistö tottuu ajan myötä vuoristoilmaan. Tutkijoille päästä huippaaminen ja fyysisistä ponnistuksista hengästyminen ovat arkea.

– Vuoristoilmalla on vaikutusta kykyyn tehdä tutkimusta. Aina kun tulen 3 000 metriin, ensimmäisen vuorokauden ajan olen väsynyt enkä toimi täydellä teholla, myöntää ruotsalaislähtöinen tähtitieteilijä Tommy Wiklind.

ALMAn antenneja
ALMAn yli 60 antennia havaitsevat avaruudesta tulevaa radiosäteilyä.Clem & Adri Bacri-Normier /ESO

Ylhäällä Chajnantorin tasangolla Licancábur-tulivuoren kupeessa ALMAn 66 teleskooppia eivät havainnoi taivaankappaleiden säteilemää optista, näkyvää valoa vaan niiden säteilemiä radioaaltoja. Ne paljastavat tähtitieteilijöille niin sanotun kylmän universumin ja maailmankaikkeuden pimeitä osia, kuten avaruuden kylmiä kaasupilviä, joista tähdet muodostuvat. Kylmät kohteet säteilevät pitkillä aallonpituuksilla.

ALMAn nimi tulee sen tutkimista millimetri- ja alimillimetrialueen aallonpituuksista. ALMA on lyhenne sanoista Atacama Large Millimeter-submillimeter Array. Espanjankielellä alma tarkoittaa sielua.

– Olemme saavuttaneet unelman, sanoo ALMAn johtaja Pierre Cox.

ALMAn avulla on tarkoitus tutkia muun muassa tähtien ja galaksien muodostumista ja planeettojen syntyä. Radiotähtitiede on kehittynyt tutkimusalue, mutta Alman kaltaista tarkkuutta sillä ei ole koskaan aiemmin ollut käytössään. ALMAn antennit työskentelevät yhteen kytkettyinä, ja niiden mittaukset kootaan supertietokoneeseen. Ne voidaan sijoittaa erilaisiin muodostelmiin. Suurimmillaan niistä muodostuu halkaisijaltaan jopa 15 kilometriä pitkä jättimäinen teleskooppi.

ALMAn avajaisseremonioita juhlittiin viime vuonna, mutta vasta näinä kuukausina se on pääsemässä täyteen vauhtiinsa, kun viimeisetkin antennit otetaan käyttöön. Odotukset ovat korkealla.

– Voimme havainnoida lähes universumin reunalla sijaitsevia kohteita, mihin emme muuten pystyisi. Voimme tutkia galakseja ajalta, jolloin maailmankaikkeus oli vain muutamia satoja miljoonia vuosia vanha. Se on kuin katsoisimme omaa historiaamme taaksepäin miljardeja vuosia, sanoo Wiklind.

– Tähän asti olemme tunteneet yksityiskohtaisesti vain meitä lähellä olevat galaksit. On kiinnostavaa tietää, missä vaiheessa universumin historiassa saattoi jo olla meidän galaksimme kaltaisia galakseja. ALMAn avulla voimme tutkia paljon kauempana olevia galakseja ja paljon yksityiskohtaisemmin, kuvaa tähtitieteilijä Catherine Vlahakis.

Atacaman hiekkakenttiä
Atacaman autiomaa on maailman kuivimpia kolkkia. Johanna Kippo /Yle

Mars-mönkijäkään ei löytänyt Atacamasta elämää

Atacaman autiomaassa on alueita, joissa ei ennen 1970-lukua tiettävästi saatu sateita 400 vuoteen. Se on maailman kuivimpia kolkkia. Tyynenmeren rannikolla vuoret pysäyttävät sateiden ja sumun etenemisen. Andit hoitavat saman tehtävän idässä. Kylmä Perunvirta pitää ilman kuivana.

Atacama tunnettiin kauan vanhana kaivosalueena ja sillä oli synkkä maine Chilen historiassa sotilasvallankaapparin Augusto Pinochetin liittolaisten perustettua tännekin julmia vankileirejään.

Juuri kosteuden ja valosaasteen puute valtavalla aavikolla ovat tehneet Atacamasta kuitenkin yhden tärkeimmistä sijoituspaikoista merkittäville kansainvälisille observatorioille. Vastaavat ilmasto-olosuhteet löytyvät vain muutamasta paikasta maailmassa.

Myös Yhdysvaltain avaruushallinto Nasa hyödynsi Atacaman ankaria olosuhteita Mars-mönkijänsä testaamiseen. Mönkijä harjoitteli elämän merkkien etsimistä maaperästä. Niitä ei löytänyt.

Atacaman autiomaa
Yhdysvaltain avaruushallinto yritti etsiä Mars-laitteistonsa kokeella elämää Atacamasta. Johanna Kippo /Yle

Katse alkuräjähdyksen jälkeisiin hetkiin

ALMAn erikoisaluetta ovat maailmankaikkeuden ensihetket alkuräjähdyksen jälkeen. Universumin varhaisten tapahtumien tutkimisella on merkitystä maailmankaikkeuden evoluution ja elämän kehittymisen edellytysten ymmärtämisen kannalta.

Chajnantorissa etsitään myös merkkejä elämästä tutkimalla tähtien, planeettojen ja galaksien rakennusaineen, eli kaasupilvien ja tähtienvälisten hiukkasten, molekyylikoostumuksia.

– Olosuhteet, joissa näitä uusia tähtiä ja planeettoja syntyy, ovat hyvin samanlaisia kuin silloin, kun oma Aurinkomme ja planeettamme syntyivät. Vaikka emme pysty havaitsemaan elämää, olosuhteet sen kehittymiselle vaikuttavat erittäin hyviltä, sanoo Wiklind.

ALMA planeetan muodostuminen
ALMA onnistui taltioimaan planeetan muodostumisen nuoren tähden läheltä.ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

ALMA valmistautuu parhaillaan huimaan kokeeseen, tähtitieteilijöiden ja fyysikkojen vanhan unelman toteuttamiseen: Albert Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian yhden osan oikeaksi todistamiseen – tai tyrmäämiseen.

Pitkäkestoisessa kokeessa pyritään selvittämään Einsteinin teorian mustia aukkoja käsittelevää osaa ja kuvaamaan oman kotigalaksimme keskellä oleva musta aukko.

Mustista aukoista on vain havaittu, minkälainen vaikutus niiden suunnattomalla vetovoimalla on tähtiin, planeettoihin ja valoon. Niitä ei varsinaisesti ole koskaan nähty.

– Vaikuttaa siltä, että jokaisen galaksin keskellä on hyvin massiivinen musta aukko. Sen koko tuntuu korreloivan ympäröivien tähtien määrän kanssa. Jollakin tavoin erittäin raskaat mustat aukot ja niiden galaksit kehittyvät rinta rinnan. Ne jotenkin tietävät toisistaan, mutta vielä ei täysin ymmärretä miksi. Varhaista maailmankaikkeutta tarkasteltaessa onkin kysyttävä: kumpi oli ensin, musta aukko vai galaksi?, sanoo Wiklind.

Hankkeessa saatavia tietoja verrataan Einsteinin teorian ennustukseen.

– Lopputulos voi olla yllättävä mutta aivan varmasti läpimurtava, uskoo Cox.

Karaistunut tutkijajoukko

ALMAn tähtitieteilijäjoukko ahertaa kolmessa vuorossa. Huvituksia ei juuri ole, ja kotiintuloajat ovat tiukat. Työpestin aikana on nukuttava tutkimuskeskuksen parakkikylässä, vaikka koti ja muu perhe olisikin asettunut lähelle. Korkean ilmanalan lisäksi riesana ovat hiekkamyrskyt ja maanjäristykset.

Kaupungissa saa käydä viettämässä iltaa, mutta alkoholinkäyttöä ei suvaita. Rinteen juurella turvatarkastuspisteen takahuoneesta löytyvät kerrossängyt, joihin tutkimuskeskuksen henkilökunta passitetaan lepäämään, jos he ilmaantuvat vapailta humaltuneina.

Olot paranevat lähitulevaisuudessa, kun suomalaisarkkitehtien Sinikka Kouvon ja Erkki Partasen suunnittelema tutkijoiden hotelliresidenssi valmistuu. Sinne tulee muun muassa sauna.

– Tähtitieteilijät ovat tottuneet karuihin oloihin, koska kaikki observatoriot sijaitsevat vuorenhuipulla, kaukana kaikesta. Tämä karaistunut jengi kyllä pystyy siihen, naurahtaa Wiklind.

ALMA antenni yöllä
Tutkijat pyrkivät kuvaamaan Linnunradan keskellä sijaitsevan mustan aukon.Tanja Konstenius /Yle

Suomi mukana teknologiaohjelmassa

ALMAn rakennustyöt maksoivat 1,2 miljardia euroa. ALMAn johtajan Coxin mukaan panostus julkisista varoista kertoo siitä, että tähtitiede elää vahvasti kulta-aikaa.

Suomi rahoittaa ALMAn jäsenjärjestön ESOn toimintaa Suomen Akatemian kautta noin 2 miljoonalla eurolla vuodessa.

ESOn hankkeita tukeva teknologiaohjelma on merkittävä eurooppalaiselle teknologiateollisuudelle. Suomalaisyritykset tosin eivät ehtineet täysillä mukaan ALMAan, mutta niitä on mukana muissa hankkeissa.

Viime viikolla ESO hyväksyi toisen uuden jättiteleskooppihankkeen, "Euroopan erittäin laajan teleskoopin" eli E-ELT:n rakentamisen Atacamaan.

Suomalaistutkijat tavoittelevat havaintoaikaa ALMAssa, mutta kilpailu on kovaa, kertoo Suomen ESO-keskuksen johtaja Jari Kotilainen Turun yliopistosta.

Kotilainen pääsee itse testaamaan ALMAa chileläisvetoisen, kansainvälisen tutkijaryhmän jäsenenä.

– Tutkimme kolmen galaksin törmäystä ja tähtien syntymalleja yhteensulautumisessa, hän kertoo.

Lisää aiheesta Ajankohtaisessa kakkosessa TV2 tiistaina 9.12. klo 21.

ALMA ja Chajnantor
Johanna Kippo / Ajankohtainen kakkonen