tiede

"Meillä on jo todisteet siitä, että mustia aukkoja on oikeasti olemassa", sanoo gravitaatioaaltojen metsästäjä

Avaruudessa etenevät painovoima-aallot kuljettavat mukanaan tietoa, jota millään muilla havaintolaitteilla ei nähdä. Siksi gravitaatioaaltojen tutkiminen on avannut tutkijoille aivan uuden näkymän pimeään maailmankaikkeuteen.

Caltech/MIT/Ligo Lab

Gravitaatioaaltoja lähtee liikkeelle muun muassa, kun kaksi mustaa aukkoa kiertää toisiaan vinhaa vauhtia ja sulautuu yhdeksi mustaksi aukoksi. Kuva on taiteilijan näkemys.

Vesa VanhalakkaAamulehti

Gravitaatioaaltojen metsästäjä Gabriela González ehtii nauraa viisitoista minuuttia kestävän haastattelun aikana monta kertaa. González on tyytyväinen syystäkin: painovoima-aaltojen tutkimuksessa eletään kulta-aikaa.

Kun kaikkien aikojen ensimmäinen gravitaatioaaltohavainto julkistettiin Washingtonissa helmikuussa 2016, González oli aallot havainneen Ligo-tutkimusyhteisön virallinen puhenainen.

Historiallisen löydön julkistamistilaisuudessa González istui painovoima-aaltotutkimusta neljä vuosikymmentä sitten alulle pistäneiden fyysikkojen Kip Thornen ja Rainer Weissin rinnalla sankan kansainvälisen toimittajajoukon edessä.

Vesa Vanhalakka/Aamulehti
Gabriela Gonzálezin työpaikka Louisianan valtionyliopistossa sijaitsee vain vajaan tunnin ajomatkan päässä toisesta Yhdysvalloissa sijaitsevasta painovoima-aaltoja etsivästä tutkimusasemasta.

Gabriela Gonzálezin työpaikka Louisianan valtionyliopistossa sijaitsee vain vajaan tunnin ajomatkan päässä toisesta Yhdysvalloissa sijaitsevasta painovoima-aaltoja etsivästä tutkimusasemasta.

González toimi Ligo-hankkeen puhenaisena kuusi vuotta. Hän luopui tehtävästä viime maaliskuussa ja palasi astrofysiikan professorin virkaansa Louisianan osavaltionyliopistoon.

Yliopistossa González on jo pitkään johtanut tutkimusryhmää, joka kehittää painovoima-aaltojen havaitsemisessa tarvittavia menetelmiä.

Louisianan yliopisto sijaitsee vain 50 kilometrin päässä Livingstonissa sijaitsevasta toisesta Ligo-tutkimusasemasta. Toinen Ligo sijaitsee 3 000 kilometrin päässä Washingtonissa Yhdysvaltain luoteisosassa.

"Olimme hieman liian tyytyväisiä"

Tapaamme viime helmikuussa Bostonissa järjestetyn Yhdysvaltain tieteidenedistämisseuran AAAS:n tiedeviikolla. Ensimmäisen gravitaatioaallon julkistamisesta on kulunut vuosi. Sen jälkeen on kerrottu myös toisesta havainnosta.

Entistä parempaan kuntoon tuunattujen Ligo-tutkimuslaitteiden toinen havaintojakso on helmikuussa ollut käynnissä reilut kaksi kuukautta.

Ennen tapaamistamme järjestetyssä lehdistötilaisuudessa González kertoi, että yksi uusi havainto on tehty, mutta sitä tarkistetaan vielä.

Tieto kolmannesta havainnosta julkistettiin muutama kuukausi myöhemmin, kesäkuun alussa.

LIGO/Caltech, MIT/Snomaste (Aurora Simonnet)
Kesäkuun alussa julkaistiin havainto gravitaatioaallosta, jonka oli lähettänyt matkaan kaksi mustaa aukkoa. Toisen aukon massa oli 31 ja toisen 19 Auringon massaa. Niistä syntyi 49 Auringon massainen musta aukko. Kuva on taiteilijan näkemys.

Kesäkuun alussa julkaistiin havainto gravitaatioaallosta, jonka oli lähettänyt matkaan kaksi mustaa aukkoa. Toisen aukon massa oli 31 ja toisen 19 Auringon massaa. Niistä syntyi 49 Auringon massainen musta aukko. Kuva on taiteilijan näkemys.

Miksi havaintoja tulee niin harvakseen?

González sanoo ensimmäisen havainnon tulleen ehkä liian helposti. Se nosti odotukset suuremmaksi kuin mitä laitteiden todellinen tarkkuus on.

–Nopea ensimmäinen löytö teki meistä luultavasti hieman liian tyytyväisiä. Vaikka havaintolaitteiden herkkyys on tehtyjen huoltojen myötä kohentunut, meillä on vielä matkaa siihen tasoon, jota tavoittelemme.

–Havaintojen tekeminen on paljon helpompaa kuin laitteiden herkkyyden kohentaminen. Tarvitsemme vielä kaksi vuotta ennen kuin olemme siinä herkkyydessä, jota tavoittelemme.

"Näemme tapahtumia, jotka eivät muuten näy"

Gravitaatioaallot ovat maailmankaikkeuden rajuimpien tapahtumien synnyttämiä aika-avaruuden hienoisia vääristymiä. Aallot etenevät halki universumin miljardeja vuosia.

Gravitaatioaaltoja lähtee liikkeelle, kun esimerkiksi kaksi mustaa aukkoa tai kaksi neutronitähteä sulautuvat toisiinsa.

Ensimmäisen painovoima-aaltohavainnon on sanottu olevan yksi vuosituhannen suurista tiedelöydöistä. Sen lähettivät liikkeelle kaksi toisiinsa 1,3 miljardia vuotta sitten sulautunutta mustaa aukkoa.

Caltech/MIT/Ligo Lab
Gravitaatioaaltoja saalistetaan tällaisilla kaksihaaraisilla tutkimuslaitteilla. Yhden haaran pituus on useita kilometrejä.

Gravitaatioaaltoja saalistetaan tällaisilla kaksihaaraisilla tutkimuslaitteilla. Yhden haaran pituus on useita kilometrejä.

Miksi on niin tärkeätä nähdä gravitaatioaaltoja?

Maailmankaikkeutta havaitsevat optiset teleskoopit näkevät erilaisia sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksia, kuten esimerkiksi näkyvää valoa, ultraviolettia säteilyä ja gammasäteilyä.

Painovoima-aaltojen aiheuttamia hienoisia värähtelyjä ne eivät tunnista.

–Painovoima-aaltojen avulla opimme tuntemaan sitä maailmankaikkeutta, jota emme pelkän sähkömagneettisen säteilyn avulla näe. Aallot kuljettavat mukanaan erilaista tietoa kuin sähkömagneettinen säteily, González selittää.

Esimerkiksi mustista aukoista tiedetään jo nyt enemmän kuin ennen ensimmäisen gravitaatioaallon havaitsemista.

Aaltojen näkeminen todistaa sen, että mustia aukkoja on oikeasti olemassa. Ne eivät ole ainoastaan teorioitten esille nostamia kummajaisia.

–Olemme saaneet jo myös todisteita siitä, että mustia aukkoja todellakin on monen kokoisia.

"Aaltoja on erittäin vaikeata nähdä"

Vaikka gravitaatioaallot saavat alkunsa maailmankaikkeuden rajuimmista tapahtumista, aaltojen havaitseminen on erittäin vaikeata, sillä avaruudessa edetessään ne laimenevat.

Aaltoja etenevien laitteiden on oltava niin tarkkoja, että ne erottaisivat ihmisen hiuksen halkaisijan kokoisen värähdyksen yli kolmen valovuoden päässä maapallosta.

Miten tutkimuslaitteet näkevät painovoima-aallot ja mistä tiedetään, minkälaisesta kohteesta aalto on lähtenyt liikkeelle?

–Havaintolaitetta voi verrata mikrofoniin, joka kuuntelee eri puolilta taivaankantta tulevia ääniä.

–Jos aalto on lähtenyt liikkeelle kahden mustan aukon yhdistymisestä, sillä on omanlaisensa signaali. Jos aalto on lähtenyt liikkeelle kahden neutronitähden pyöriessä vinhasti toistensa ympäri, sillä on oma tyypillinen äänensä.

Caltech/MIT/Ligo Lab
Kun painovoima-aallot etenevät avaruudessa, ne laimenevat.

Kun painovoima-aallot etenevät avaruudessa, ne laimenevat.

Caltech/MIT/Ligo Lab
Painovoima-aalto kantaa mukanaan tietoa siitä, minkälaisesta kohteesta se on lähtenyt liikkeelle. Nämä signaalit kertovat, että aalto on saanut alkunsa kahden mustan aukon yhteensulautumisesta.

Painovoima-aalto kantaa mukanaan tietoa siitä, minkälaisesta kohteesta se on lähtenyt liikkeelle. Nämä signaalit kertovat, että aalto on saanut alkunsa kahden mustan aukon yhteensulautumisesta.

Gravitaatioaaltojen metsästäjät tekevät yhteistyötä eri puolella maapalloa ja avaruudessa olevien teleskooppien kanssa. Kun havainto gravitaatioaallosta tehdään, teleskoopit suuntaavat putkensa havainnon suuntaan ja pyydystävät kohteesta mahdollisesti matkaan lähtenyttä sähkömagneettista säteilyä.

–Kun saamme yhdistettyä aaltohavaintoon myös muuta kohteen liepeiltä lähtenyttä säteilytietoa, saamme enemmän tietoa kohteen luonteesta. Kun kaksi erilaista laitetta näkee kohteen kahdella eri tavalla, voimme olla varmempia siitä, mitä olemme kuulleet ja nähneet.

"Erittäin tärkeätä, että havaintolaitteita on kolme"

Viimeisin havaintojakso päättyi 25. elokuuta. Nyt edessä on Ligo-laitteiden seuraava tuunaus ennen kolmannen havaintojakson käynnistymistä syksyllä 2018.

Viime päivinä on huhuttu siitä, että tutkijat olisivat ensimmäisen kerran pyydystäneet kahden toistensa ympäri pyörineen neutronitähden matkaan lähettämän painovoima-aallon.

Mukana havaintoa tekemässä oli elokuussa myös Italiassa vuosia jatkuneiden viritystöiden jälkeen toimintansa aloittanut Virgo-havaintolaite.

Huhusta emme tietenkään helmikuussa vielä puhuneet, mutta jokin vihi Gonzálezilla havaintolaitteiden kyvystä nähdä neutronitähdistä matkaan lähtevä signaali tuolloin jo ilmeisesti oli.

Lehdistötilaisuudessa González nimittäin vihjaili, että Italiassa toimivan Virgo-havaintolaitteen liittyessä kesällä mukaan gravitaatioaaltojen pyydystämiseen saamme todennäköisesti kuulla mielenkiintoisia uutisia.

Gonzálezin oma erikoisala ovat parillisten kohteiden, kuten kahden mustan aukon tai kahden neutronitähden liepeiltä liikkeelle lähteneet gravitaatioaaltot.

Virgo
Pisan liepeillä Italiassa sijaitsevan Virgo-tutkimusaseman yhden haaran pituus on kolme kilometriä.

Pisan liepeillä Italiassa sijaitsevan Virgo-tutkimusaseman yhden haaran pituus on kolme kilometriä.

Kuinka iso merkitys sillä on, että Virgo saadaan mukaan gravitaatioaaltoja pyydystämään?

–Erittäin suuri. Kaikki kolme havaintolaitetta tarkkailevat taivaankantta hieman eri suunnasta ja niiden herkkyys on hieman erilainen. Yhdessä niiden avulla voidaan tarkkailla aiempaa laajempaa avaruuden aluetta.

Kun käytössä on kolme mittalaitetta, gravitaatioaaltojen lähde on helpompi paikantaa kolmiomittausmenetelmien avulla.

–Mitä tarkemmin tiedämme signaalin lähtöpaikan, sitä tarkemmin voimme kertoa optisten teleskooppien käyttäjille, mihin heidän kannattaa laitteet suunnata.

"Alkuräjähdyksestä on erittäin vaikeata saada tietoja"

Tulevina vuosina maapallolle valmistuu uusia painovoima-aaltoja saalistavia havaintolaitteita. Muun muassa Japaniin, Intiaan ja mahdollisesti myös Eurooppaan.

Myös avaruuteen lähetetään uusia painovoima-aaltoja näkeviä tutkimuslaitteita.

Saammeko uusien tutkimuslaitteiden myötä tietoa myös 13,8 miljardia vuotta sitten tapahtuneesta alkuräjähdyksestä?

–Aivan varhaisimmasta maailmankaikkeudesta on hyvin vaikeata saada tietoa, sillä alkuräjähdyksestä matkaan lähteneitä gravitaatioaaltoja on hyvin, hyvin vaikea havaita. Näin ainakin mallit kertovat.

–Mutta kuka tietää: me opimme koko ajan lisää.

Viestejä miljardien vuosien takaa

Albert Einstein ennusti gravitaatioaaltojen olemassaolon yli sata vuotta sitten yleisessä suhteellisuusteoriassa.

Painovoima-aaltoja eli gravitaatioaaltoja syntyy avaruuden erittäin rajuissa tapahtumissa: kun tähti räjähtää elinkaarensa päätteeksi, kun kaksi mustaa aukkoa sulautuu yhdeksi tai kun kaksi neutronitähteä pyörii vinhasti toistensa ympäri.

Painovoima-aallot ovat edenneet maailmankaikkeudessa miljardien vuosien ajan. Niitä on erittäin vaikeata havaita, sillä avaruudessa edetessään ja maapallon saavuttaessaan ne ovat laimentuneet.

Ensimmäinen havainto gravitaatioaallosta julkistettiin Washingtonissa 11. helmikuuta 2016. Sen jälkeen painovoima-aaltoja on havaittu kahdesti. Kaikki kolme havaintoa ovat olleet lähtöisin kahden mustan aukon yhteensulautumisesta.

Ensimmäinen havainto saatiin kahdesta mustasta aukosta, jotka olivat sulautuneet yhteen 1,3 miljardia vuotta sitten. Aukkojen massat olivat 29 ja 36 Auringon massaa. Niistä syntyi 62 Auringon massainen musta aukko.

Gravitaatioaaltojen havaitsemisen on sanottu olevan yksi tämän vuosituhannen tärkeimmistä tiedelöydöistä.


Lue myös nämä


Kommentit (2)

  • Harmahtava

    Vesa Vanhalakalle kiitos mielenkiintoisesta jutusta ja pakanalle kiitos mielenkiintoisesta kommentista! Ajatuksiasi kommentoisin hiukan.

    ”Alkurajahdys, big bang ei ole musta aukko”.
    Voisikohan se olla alkuräjähdys nurjalta puolelta katsottuna?

    ”Se on kaiken alku, ja ajan alku”
    Kaiken alusta sanoisin, että käteen jää aluttomuus väkisinkin, mutta materian ja todella massiivisen ”tyhjyyden” alku alkuräjähdys varmaankin on. Ja aikaa ei tosiaankaan ole olemassa ilman ainetta.

    ”Ennen ajan alkua ei ole olemassa edes fysiikan lakeja.”
    Ei ehkä ole niitä fysiikan lakeja joiden kanssa tiedemiehet askartelevat, mutta jokin laki, joka mahdollistaa alkuräjähdyksen on oltava olemassa. Jos se jokin laki on syntynyt jossain toisessa tapahtumassa niin myös sen syntymälle on jokin laki olemassa ja niin edelleen, päätä huimaavaan aluttomuuteen kadoten.

  • Nimetön

    Alkurajahdys, big bang ei ole musta aukko. Se on kaiken alku, ja ajan alku, Sksi gravitaatioaalto ei selita sita mita on BB: n takana. Ennen ajan alkua ei ole olemassa edes fysiikan lakeja.

    Gonzalesin kommenntti:

    –Aivan varhaisimmasta maailmankaikkeudesta on hyvin vaikeata saada tietoa, sillä alkuräjähdyksestä matkaan lähteneitä gravitaatioaaltoja on hyvin, hyvin vaikea havaita. Näin ainakin mallit kertovat.

    Kommentti on sopusoinnussa tuon mainitun seikan kanssa, vaikka han ei sita jostain syysta halua korostaa. Mutta korostetaanpa nyt sitten: Varhainen maailmankaikkeus kuitenkin alkaa nimenomaan siita mista aikakin.

    Kommenttti on ateistisesti ajattelevalle epalooginen, silla aika, ja esimerkiksi sattuma nayttaa syntyneen itsestaan. Voidaan vain sanoa ja todeta, etta molemmat ovat putkahtaneet maailmaan. Fysiikan voima nayttaa kuitenkin paattyvan tahan.

    Ei silti, verrattain paljonhan on sevitettavaa siina jos ja kun tutkii sita mika on. Mutta. Minusta on hauskaa lyoda ateistia hieroglyfilla paahan ja mainita, etta aika on toki myos jumaluus, joka on luonut itse itsensa, aivan kuin hieroglyfi nimeaa, ja teksti seka reliefi kertoo. Se taas on nimenomaan totta, ja viela juurikin minulle.

    ****Samalla tullaan vielapa siihen etta sama totuus juontaen kaiken alusta, koskee elamaa itseaan****

    Pakana

Kirjoita kommentti

Perustele, kirjoita selkeästi, älä vähättele ihmisiä, ÄLÄ HUUDA. Pysy aiheessa ja muista käytöstavat. Kommentit luetaan ja tarvittaessa muokataan ennen julkaisua.

Meillä on nollatoleranssi alatyyliselle ilmaisulle, henkilöön käyvälle arvostelulle ja vihamielisyydelle. Emme julkaise kommentteja, joiden ainoa sisältö on negatiivinen mielipide vailla perusteluja. Jätämme julkaisematta myös ne kommentit, joissa ei lainkaan piitata oikeinkirjoituksesta kuten isoista alkukirjaimista tai välilyönneistä.

Kiitos etukäteen rakentavasta kommentistasi!

Pääaiheet