Planckin näkymä maailmankaikkeuteen

Ennen tätä vuonna 2009 laukaistulta Planckilta on ilmestynyt vain yksittäinen koko taivaan kartoituskuva viime vuoden heinäkuussa. Nyt tammikuussa julkaistiin mission ensimmäiset tiedetulokset. Tutkimukset esiteltiin Planck-yhteisön suuressa tiedekonferenssissa Pariisissa ja ne perustuvat 25 yksittäiseen tutkimukseen, jotka on julkaistu Astronomy & Astrophysics -sarjassa.

Monet tutkimustulokset perustuvat Planckin varhaiseen lähdeluetteloon (Early Release Compact Source Catalogue), joka erittelee kartoituksessa havaitut erilliset kohteet.

Planck skannaa taivasta jatkuvasti millimetrialueen ja alimillimetrialueen aallonpituuksilla ja sen havainnoista koostettu luettelo sisältää tuhansia hyvin kylmiä yksittäisiä säteilylähteitä, joita tiedeyhteisö voi nyt tutkia vapaasti.

”Tämä on hieno hetki Planckille. Tähän asti kaikki on keskittynyt datan keräämiseen ja sen potentiaalin todistamiseen. Nyt, vihdoinkin, voimme alkaa tekemään löytöjä”, kertoo ESAn Planck-päätutkija Jan Tauber.

"Planck-tutkijat olivat erittäin tyytyväisiä ja ylpeitä tuloksista, vaikkakin väsyneitä kovasta loppurutistuksesta papereiden kirjoittamisessa", kuvailee konferenssiin osaa ottanut Anne Lähteenmäki Metsähovin radiotutkimusasemalta. "Tämän porukan työtä monta monituista vuotta seuranneena voin sanoa, että näin enemmän rentoutuneita ilmeitä kuin koskaan ennen."

Oman galaksimme kohteista aina kaukaiseen taustasäteilyyn asti

Näkyvän valon teleskoopit pystyvät tutkimaan lähinnä meitä ympäröiviä galakseja. Infrapunan ja radioaaltojen välissä olevia sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksia havainnoimalla, Planck pystyy näyttämään meille tapahtumia myös ajalta ennen galaksien syntyä. Julkistetut tulokset sisältävät paljon tärkeää uutta tietoa ajalta, jolloin galaksit olivat vasta rakentumassa.

Planck on löytänyt todisteita muutoin näkymättömästä galaksipopulaatiosta, joka oli pölyn ympäröimä miljardeja vuosia sitten. Niissä syntyi tähtiä 10-1000-kertaista tahtia verrattuna siihen, mitä nykyään näemme Linnunradassa.

Galaksipopulaation mittauksia ei olla ennen tehty näillä aallonpituuksilla. ”Tämä on ensimmäinen askel ja olemme juuri oppimassa työskentelemään datan kanssa ja työstämään siitä mahdollisimman suuren määrän tietoa”, arvioi Jean-Loup Puget Etelä-Pariisissa sijaitsevasta Ranskan kansallisesta tieteellisen tutkimuksen keskuksesta (CNRS).

Aikanaan Planck antaa meille parhaat näköalat maailmankaikkeuden alkuaikoihin: tuolloin muodostuivat sen ensimmäiset suuren mittakaavan rakententeet, joiden alueelle kehittyi myöhemmin galakseja. Näistä rakenteista saadaan tietoa maailmankaikkeuden mikroaaltojen taustasäteilystä, joka on peräisin ajalta 380 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Silloin maailmankaikkeus oli jäähtynyt tarpeeksi tullakseen läpinäkyväksi sähkömagneettiselle säteilylle.

Taustasäteilyn kokonaiskuvan näkemiseksi kunnolla täytyy kuitenkin dataa 'likaava' etualan kohteiden säteily poistaa. Siihen kuuluvat yksittäiset kohteet, jotka on listattu varhaisessa lähdeluettelossa sekä monenlaisia hajanaisia säteilylähteitä.

"Keräämällä samaan aikaan Planckin kanssa mittaustietoa aktiivisista galakseista eli kvasaareista muilla taajuuksilla radioalueelta aina gammasäteilyyn asti, olemme rakentaneet näille kohteille spekrit", selittää Lähteenmäki. "Nämä spektrit ovat antaneet uutta tietoa kvasaarien kirkkausvaihtelut synnyttävistä, suihkuissa etenevistä shokkirintamista. Saimme myös viitteitä siitä, että suihkujen ominaisuudet poikkeavat olemassa olevista, hyväksytyistä malleista."

Eräs uusista tiedetuloksista liittyy yhden Planckin näköalaa haittaavan säteilytyypin poistamiseen. 'Poikkeavana mikroaaltosäteilynä' (Anomalous Microwave Emission) tunnettua hajanaista hehkua on tiedetty esiintyvän Linnunradan tiheillä ja pölyntäyteisillä alueilla.

Planckin ennennäkemättömän laajalta aallonpituusalueelta keräämä data vahvistaa teorian, jonka mukaan se olisi peräisin pölyhiukkasista, jotka pyörivät useita kymmeniä miljardeja kierroksia sekunnissa ja törmäävät joko nopeasti liikkuviin atomeihin tai ultraviolettisäteilyyn.

Uusi ymmärrys auttaa puhdistamaan paikallisen mikroaaltosäteilyn 'sumun' Planckin datasta entistä paremmalla tarkkuudella jättäen mikroaaltotaustan koskemattomaksi.

”Tämä on upea tulos, jonka teki mahdolliseksi Planckin datan erinomainen laatu”, toteaa Clive Dickinson Manchesterin yliopistosta.

Planck auttaa maailmankaikkeuden parametrien määrittämisessä

"Täysin uudet löydöt ovat jännittäviä", Lähteenmäki kommentoi. "Sellaisia ovat esimerkiksi Planckin havaintojen avulla löydetyt uudet galaksien superjoukot."

Galaksijoukot näkyvät Planckin datassa tiiviinä siluetteina kosmista mikroaaltotaustaa vasten. Planck-yhteisö on tunnistanut sellaisia tähän mennessä 189, joista 20 oli aiemmin tuntemattomia. Niiden olemassaolo varmistetaan ESAn XMM-Newton-röntgenobservatoriolla.

Koko taivasta tutkimalla Planck tarjoaa parhaat mahdollisuudet kaikista massiivisimpien galaksijoukkojen löytämiseen. Ne ovat harvinaisia ja niiden lukumäärä kertoo viitteitä maailmankaikkeudestamme tyypistä, laajenemisnopeudesta ja sen sisältämän aineen määrästä.

”Näitä havaintoja käytetään tiilinä maailmankaikkeutemme kuvan rakentamisessa”, vertaa Nabila Aghanim, joka on myös CNRS:n Pariisin eteläpuolella sijaitsevassa keskuksessa toimiva tutkija.

”Nyt julkistetut tulokset ovat vain tieteellisen jäävuoren huippu. Planck ylittää odotuksemme ja siitä voimme kiittää kaikkia projektissa toimivien omistautumista”, kertoo ESAn tiedeosaston johtaja David Southwood. ”Näiden tulosten lisäksi luettelo sisältää paljon raakamateriaalia moniin muihin löytöihin. Niidenkään myötä emme ole edenneet vielä suurimpaan aarteeseen, maailmankaikkeuden mikroaaltotaustasäteilyyn.”

Planck jatkaa maailmankaikkeuden kartoitusta. Sen seuraava datajulkistus on määrä tehdä tammikuussa 2013 ja luvassa on silloin kosminen mikroaaltotausta ennennäkemättömällä tarkkuudella.