Planck paljastaa maailmankaikkeuden nykyhetken ja menneisyyden

"Tämä on hetki, jota varten Planck suunniteltiin", iloitsee ESAn tiedejohtaja David Southwood. "Emme anna vastausta, vaan avaamme oven tutkijoille, jotka voivat etsiä tietoa, joka johtaa parempaan ymmärtämykseen maailmankaikkeuden synnystä ja sen toiminnasta."

"Kuva itsessään ja sen huima laatu ovat kunnianosoitus Planckin rakentaneille ja sitä operoineille insinööreille. Nyt alkaa tieteellinen sadonkorjuu."

Lähimmistä Linnunradan osista aina avaruuden ja ajan kaukaisimpiin syvyyksiin ulottuva Planckin uusi koko taivaan kuva onkin ainutlaatuinen uuden datan aarrearkku tutkijoille.

"Päällimmäiset tunteet ovat helpotus ja ihmetys", luonnehtii Hannu Kurki-Suonio Helsingin yliopistosta. "Helpotus, että satelliitti ja instrumentti toimivat niin kuin pitääkin, ettei vuosien työ ole mennyt hukkaan jonkin onnettomuuden tai virheen takia. Ihmetys, että niin monimutkainen laite niin kaukana toimii suunnitellusti. Että satelliitin tuottamasta datasta data-analyysi tuottaa kuvia, jotka näyttävät suurella tarkkuudella varhaisen maailmankaikkeuden todellisia rakenteita."

Kurki-Suonion tutkimusryhmä on mukana keskeisesti Planckin matalataajuusinstrumentti LFI:n datan analysoinnissa. LFI kuvaa taivaan karttaa 30, 44 ja 70 GHz taajuuksilla. Lisäksi ryhmä simuloi datan tuottamista ja analysointia.

"Pääpaino on tässä vaiheessa vielä satelliitin mittalaitteiden toiminnan piirteideiden ja niiden tuloksiin aiheuttamien systemaattisten efektien mahdollisimman tarkassa määrittämisessä", kuvailee Kurki-Suonio. Vasta sen jälkeen päästään itse kosmologiseen tutkimukseen.

Maailmankaikkeuden vanhinta valoa

Kuvan poikki vaakatasossa levittäytyy kirkkaana Linnunradan kiekko, joka kertoo käytännössä maailmankaikkeuden nykyajasta. Huomion kiinnittävät kylmän kaasun virrat, jotka kumpuavat siitä galaksimme ylä- ja alapuolella. Tässä galaktisessa verkossa syntyy uusia tähtiä. Planck on löytänyt useita kohteita, joissa yksittäiset tähdet ovat etenemässä kohti syntymää tai aloittamassa kehityssyklinsä.

Taustalla, varsinkin kuvan ylä- ja alaosissa näkyvä pilkullinen tausta ei ehkä ole yhtä näyttävä, mutta se on kenties vielä kiehtovampi. Kyseessä on kosminen mikroaaltotaustasäteily, joka on maailmankaikkeuden vanhinta valoa. Se on jäänne tulipallosta, josta maailmankaikkeus syntyi noin 13,7 miljardia vuotta sitten. Se kertoo siten ajasta ennen tähtien ja galaksien muodostumista.

Planckin taustasäteilyhavainnoista pyritään päättelemään mitä alkukantaisessa maailmankaikkeudessa tapahtui. Pilkullisuutena kuvassa näkyvät pienet epäsäännöllisyydet kasvoivat tiheämmiksi aineen alueiksi, jotka muodostuivat nykyajan galakseiksi.

"Jännittävimmät asiat joita nimenomaan Planckilta odotamme, liittyvät juuri näihin varhaisen maailmankaikkeuden rakenteen tarkempiin ominaisuuksiin", Kurki-Suonio kertoo. "Nämä kertovat siitä, mikä ilmiö on synnyttänyt tämän alkuperäisen rakenteen eli galaksien siemenet. Emme vielä tiedä varmuudella mikä tämä ilmiö oli, mutta eräs suosituimmista selityksistä on ns. kosmologinen inflaatio, aivan alussa tapahtunut hyvin voimakas avaruuden laajeneminen."

Tutkimusryhmällä riittää monimutkaisia kysymyksiä, joihin etsitään havainnoista vastauksia.

"Onko tämä maailmankaikkeuden alkuperäinen rakenne yhtä voimakasta kaikilla etäisyysskaaloilla, vai miten se riippuu etäisyysskaalasta? Oliko alkuperäinen rakenne sama kaikille aine- ja energiamuodoille, vai onko eri energiamuotojen alkuperäisestä rakenteesta ehkä vastuussa eri ilmiö? Syntyikö tässä ilmiössä myös painovoima-aaltoja, jotka näkyisivät taustasäteilyn polarisaatiossa?", listaa Kurki-Suonio.

Planckin mittaukset yhdistetään Suomesta tehtyihin havaintoihin

Taustasäteilyyn liittyvän kosmologian lisäksi Suomessa tutkitaan myös Planckin näkymän 'etualan kohteita', jotka voidaan erottaa kuvasta analyysin avulla. Tämä on välttämätöntä, jotta taustasäteily saadaan erottettua kaikesta muusta säteilystä, mutta tarjoaa lisäksi mahdollisuuden kiinnostavaan tutkimukseen.

"Voidaan siis myös sanoa, että periaatteessa olemme kuin siivoojia, kun puhdistamme dataa 'ylimääräisestä' tavarasta", nauraa Anne Lähteenmäki Metsähovin radiotutkimusasemalta. "Mutta koska tuo tavara käsittää oikeastaan kaikki maailmankaikkeuden kohteet, kuten galaksit sekä niiden muodostamat joukot ja tietenkin myös oman Linnunratamme kohteet, ovat nämä havainnot äärimmäisen kiinnostavia."

"Tärkein asia omalla tutkimusalallani onkin se, että vihdoin koko taivas tulee kartoitettua usealla korkealla radiotaajuudella", jatkaa Lähteenmäki.

"Tähän asti kartoituksia on ollut olemassa vain merkittävästi alemmilla taajuuksilla. Näiden kartoitusten avulla voimme laatia luetteloita löydetyistä kohteista, mahdollisesti mukana on aivan uusiakin lähteitä."

Lähteenmäen koordinoima kansainvälinen havaintoryhmä tutkii Planckin kartoituksessa erityisesti aktiivisia galakseja eli kvasaareja. Ne yhdistyvät Metsähovissa tehtyyn kvasaarien pitkäaikaiseen havainnointiin.

"Teemme täällä siis käytännössä samanaikaisia havaintoja Planckin kanssa kaikkein kiinnostavimmista jo tiedossa olevista lähteistä", Lähteenmäki kuvailee. "Lisäksi yhteistyökumppanimme ympäri maailmaa keräävät samoista lähteistä havaintoja muilla aallonpituuksilla. Tarkoituksenamme on kerätä niin paljon tietoa kuin mahdollista näistä lähteistä ja yhdistää se Planckin yhdeksän taajuuden dataan. Tuloksena saamme ainutlaatuisen kattavat, samanaikaisesti havaittuun dataan perustuvat lähteiden spektrit."

"Kaikki toimii odotetusti, sekä laitteet että ohjelmistomme, ja olemme erittäin tyytyväisiä tähän mennessä saatuihin havaintoihin", paljastaa Lähteenmäki. Se on suuri helpotus siihen mennessä jo kymmenen vuotta kestäneessä Planck-valmistelutyössä.

Lähteenmäki matkusti jopa katsomaan Planckin ja Herschelin laukaisua Ranskan Guyanaan toukokuussa 2009. "Se on jäänyt mieleeni varmastikin parhaana kokemuksena koko työuraltani, olihan se 10 vuoden intensiivisen työrupeaman kohokohta", Lähteenmäki iloitsee.

Työ ei tietenkään loppunut Arianen laukaisuun, vaan siitä alkoi kahden kuukauden odotus Planckin matkustaessa asemapaikalleen L2-pisteeseen puolentoista miljoonan kilometrin etäisyydelle Maasta.

"Sitten, muka yhtäkkiä, saimme tiedon että ensimmäiset havainnot ovat saatavissa ohjelmistomme käsiteltäviksi", Lähteenmäki muistelee. "Sitten tulikin jo kova kiire päästä toteuttamaan kaikkia 10 vuoden aikana tehtyjä huolellisia suunnitelmia. Työ siis jatkuu, vieläpä entistä intensiivisempänä - tässä vaiheessa ei todellakaan vielä ehdi istuskella ja ihailla kättensä jälkiä."

Vuoden 2012 loppuun kestävän toimintansa aikana Planckin on tarkoitus saada koottua neljä koko taivaan kartoitusta. Ensimmäinen koko taustasäteilyn datan täysi julkaisu on suunniteltu vuodelle 2012. Sitä ennen tammikuussa 2011 on tarkoitus julkaista luettelo Linnunradan kohteista sekä kaukaisemmista galakseista.

Lisätietoja:

Jan Tauber, ESA Planck Project Scientist
Science and Robotic Exploration Directorate, ESA, The Netherlands
Email: jtauber@rssd.esa.int
Tel: +31 71 565 5342

Hannu Kurki-Suonio
Helsingin yliopiston Fysiikan laitos, Alkeishiukkasfysiikan osasto
Sähköposti: hannu.kurki-suonio@helsinki.fi
Puh. 09 191 50752

Anne Lähteenmäki
Aalto-yliopisto, Metsähovin radiotutkimusasema
Sähköposti: alien@kurp.tkk.fi
Puh. 09 428 32047