Kaikki talviolympialaisista!

Gravitaatioaalloista viimein suora havainto – suurempi läpimurto kuin Higgsin hiukkanen

Ajatus painovoima-aalloista on peräisin Albert Einsteinin sata vuotta sitten julkaisemasta yleisestä suhteellisuusteoriasta. Kosmologi Syksy Räsäsen mukaan nyt tehty havainto on tärkeämpi tiedeuutinen kuin Higgsin hiukkasen löytyminen pari vuotta sitten.

Ulkomaat
Kuva kahdesta mustasta aukosta.
Kaksi mustaa aukkoa yhdistymässä. Samalla ne lähettävät gravitaatioaaltoja.Reuters

Yhdysvaltalaistutkijat ovat ensimmäisinä onnistuneet tekemään suoran havainnon gravitaatio- eli painovoima-aalloista.

Gravitaatioaaltojen havaitsemista on kuvailtu jopa vuosikymmenen tiedeuutiseksi. Niiden löytämistä on pidetty hyvin vaikeana, koska ne ovat vain heikkoa värähtelyä valtavassa maailmankaikkeudessa.

Löytö tehtiin yhdysvaltalaisella Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory eli LIGO-havaintolaitteilla. Ligo koostuu kahdesta havaintoasemasta, jotka sijaitsevat Yhdysvalloissa Washingtonin ja Louisianan osavaltioissa 3 000 kilometrin päässä toisistaan.

LIGO:n löytö johtaa kokonaan uuden tutkimusalueen syntymiseen astrofysiikassa.

Molemmat havaintolaitteet muodostavat suorakulman, jonka sakarat ovat neljä kilometriä pitkät.

Laitteiden molempiin sakaroihin ammutaan samanaikaisesti lasersäteet, joiden kuuluisi palata täsmälleen samaan aikaan lähtöpisteeseensä. Jos näin ei käy, voi kyse olla gravitaatioaaltojen vaikutuksesta.

Asia varmistetaan vertaamalla Washingtonin ja Louisianan havaintolaitteiden samanaikaisten kokeiden tuloksia. Jos molemmissa tuloksissa näkyy sama poikkeama, on kyse gravitaatioaallon vaikutuksesta.

Tutkijat löysivät aallot seuraamalla kahden kymmeniä kertoja Auringon massaa suuremman mustan aukon törmäämistä ja yhdistymistä 1,3 miljardin valovuoden päässä Maasta. Vain näin massiiviset kappaleet lähettävät gravitaatioaaltoja, jotka ovat tarpeeksi suuria havaittavaksi.

Tutkimuksen käynnisti Einsteinin teoria

Ajatus gravitaatioaalloista on peräisin Albert Einsteinin sata vuotta sitten julkaisemasta yleisestä suhteellisuusteoriasta. Teoria on modernin fysiikan peruspilareita yhdessä kvanttimekaniikan kanssa. Ne ovat kuitenkin osin ristiriidassa toistensa kanssa.

LIGO:n löytö johtaa kokonaan uuden tutkimusalueen syntymiseen astrofysiikassa.

Tutkijoiden toiveena on, että gravitaatioaaltoja tutkimalla käsityksemme maailmankaikkeudesta tarkentuisi. Niiden tutkimus voi myös tuoda lisävaloa muun muassa pimeän aineen ja pimeän energian tutkimiseen.

– LIGO:n löytö johtaa kokonaan uuden tutkimusalueen syntymiseen astrofysiikassa, sanoo Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön johtaja France Cordova.

Syksy Räsänen: Aiemmin vain epäsuoria havaintoja

Kosmologi Syksy Räsänen Helsingin yliopistosta muistutti aiemmin Ylen haastattelussa, että gravitaatioaalloista on ennenkin tehty havaintoja, mutta ne ovat olleet epäsuoria.

Niistä jopa myönnettiin Nobelin palkinto vuonna 1993.

Jos heilutat kättä niin siitä lähtee gravitaatioaaltoja, mutta ne ovat toivottoman heikkoja.

Kaikki kappaleet lähettävät gravitaatioaaltoja, mutta niitä etsitään Räsäsen mukaan törmäävien mustien aukkojen tai neutronitähtien kaltaisista isoista kappaleista, koska niiden aallot ovat havaittavissa.

– Jos heilutat kättä niin siitä lähtee gravitaatioaaltoja, mutta ne ovat toivottoman heikkoja.

Vuosisatojen ajan uskottiin, että esimerkiksi avaruuden kappaleet vain "tietävät", missä muut kappaleet ovat. Vasta Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria selitti, että massat vaikuttavat aika-avaruuteen ja muutokset aika-avaruudessa etenevät valon nopeudella.

Kappaleet eivät heti "tiedä” missä toiset kappaleet ovat, vaan aika-avaruudessa kulkee aalto, joka vie niille tiedon, Räsänen selitti.

Kyse ei kuitenkaan ole hiukkasista, jotka kulkevat aaltoina, vaan itse aika-avaruus aaltoilee, hän tarkentaa.

Tärkeämpi kuin Higgsin hiukkanen

Syksy Räsäsen mielestä suora havainto gravitaatioaalloista on tämän vuosikymmenen toistaiseksi merkittävin tiedeuutinen, ja tärkeämpi kuin esimerkiksi Higgsin hiukkasen löytyminen muutama vuosi sitten.

Yleensä havaintomme perustuvat valoon – me näemme sitä avaruudessa. Gravitaatioaalto matkaa esteettä aineen läpi ja antaa meille kokonaan uuden näkökulman maailmankaikkeuteen, josta 90 prosenttia on pimeää ainetta ja pimeää energiaa.

Syksy Räsänen.
Syksy Räsänen.Yle

Räsänen itse odottaa kiinnostuneena kolmen arvoituksen selviämistä: Ensiksi, toimiiko yleinen suhteellisuusteoria hyvin vahvoissa gravitaatiokentissä, joita syntyy, kun esimerkiksi mustat aukot tärmäävät. Toiseksi, mitä tapahtui, kun galaksien keskustat sulautuivat miljardeja vuosia sitten ja niiden keskustoihin syntyi isoja mustia aukkoja.

Kolmanneksi Räsästä kiinnostaa pimeä aine ja pimeä energia. Olemme Räsäsen mukaan nähneet niiden vaikutuksen kappaleiden liikkumiseen, mutta onko niillä jotain muutakin vaikutusta, jota emme voi nähdä?

Lähteet: Reuters