Uutiset

Maailmankaikkeuden mysteerien äärellä – matkalla mustaan aukkoon

Mustat aukot ovat aika-avaruuteen puhjenneita pohjattomia reikiä, jotka kätkevät sisäänsä universumin mittaisia arvoituksia. Aalto-yliopiston Metsähovi tuottaa mustien aukkojen tutkimukseen ainutlaatuista havaintodataa.
Tommi Tenkanen istuu suuren puisen neuvottelupöydän päässä ja pitelee kädessään raketin pienoismallia.
Tommi Tenkasen tuoreessa kirjassa vieraillaan Metsähovin radiotutkimusasemalla ja tavataan Aallon tutkijoita. Kuva: Newpix Photography

Mustista aukoista etsitään ratkaisua moniin maailmankaikkeuden perimmäisiin arvoituksiin. Niiden toivotaan paljastavan fysiikan todellisen Graalin maljan, kaiken teoriaksi kutsutun selityksen luonnon perusvuorovaikutuksille.

Etenkin viimeisen viiden vuoden aikana mustien aukkojen tutkimus on edistynyt huimasti. Tänään osataan kuunnella mustia aukkoja avaruutta taivuttavien gravitaatioaaltojen avulla, seurata tähtien liikettä supermassiivisten mustien aukkojen ympärillä ja valokuvata mustan aukon varjo sen tulisena hehkuvaa kertymäkiekkoa vasten.

”Silti olemme ihmiskuntana vasta hädin tuskin kastaneet varpaamme avomereen sen suhteen, mitä tiedämme mustista aukoista. Edessä aukeaa laaja horisontti, jossa on valtavasti tutkittavaa”, kertoo teoreettinen fyysikko ja Aalto-yliopiston tutkimusrahoituksen asiantuntija Tommi Tenkanen.

Tenkasen tuore kirja Matka mustaan aukkoon - Alkuräjähdyksestä kaiken teoriaan (URSA) vie lukijan mukaansatempaavalle matkalle avaruuden ja maailmankaikkeuden perimmäisten mysteerien äärelle.

Suhteellisuusteoria ei ole valmis

Mustia aukkoja syntyy massiivisten tähtien romahtaessa. Pienille tähdille näin ei käy ja esimerkiksi Aurinko on liian pieni päätymään koskaan mustaksi aukoksi.

”On olemassa myös supermassiivisia mustia aukkoja, jotka voivat painaa miljoonia tai miljardeja kertoja enemmän kuin Aurinko. Maapalloa lähin supermassiivinen musta aukko sijaitsee kotigalaksimme Linnunradan keskustassa, jonne on matkaa 27 000 valovuotta.”

Linnunradassa arvellaan olevan ainakin kymmeniä miljoonia mustia aukkoja. Koko universumissa on ainakin sata miljardia muuta galaksia, joista jokaisessa on todennäköisesti valtava määrä mustia aukkoja.

Mustien aukkojen olemassaolo pohjautuu Albert Einsteinin vuonna 1915 julkaisemaan yleiseen suhteellisuusteoriaan. Einstein itse ei kuitenkaan koskaan uskonut mustiin aukkoihin.

”Yleinen suhteellisuusteoria ei ole lopullinen teoria. Aika-avaruuden perimmäisen rakenteen selvittäminen vaatii yleisen suhteellisuusteorian ja hiukkasfysiikan yhdistämistä.”

Tiedon rajana tapahtumahorisontti

Mustat aukot edustavat maailmankaikkeuden täydellisintä pimeyttä ja nielevät sisäänsä kaiken, joka ylittää aukkoja ympäröivän tapahtumahorisontiksi kutsutun rajapinnan.

Tapahtumahorisontti on kuin kaupungin rajalle asetettu kyltti, joka kertoo, mistä kaupunki alkaa. Kasinokaupunki Las Vegasista sanotaan: se mikä tapahtuu Las Vegasissa, jää Las Vegasiin. Samoin voidaan sanoa: se mikä tapahtuu mustassa aukossa, jää mustaan aukkoon. Mustan aukon sisällä painovoima on niin voimakas, että edes universumin nopein asia, valo, ei pääse sieltä pakenemaan.

”Tapahtumahorisontti on paikka, johon mustan aukon ulkopuolelta havaittavissa olevat tapahtumat päättyvät. Se on raja, johon nykyinen tietämys mustista aukoista päättyy.”

Vaikka mustien aukkojen tutkimuksessa ollaan perimmäisten kysymysten äärellä, tuottaa taustalla oleva yleinen suhteellisuusteoria myös käytännön sovelluksia. Yksi näistä on kännyköistäkin tuttu GPS-paikannus, joka perustuu kymmenien maata kiertävien satelliittien aikakelloihin. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan aika ei ole absoluuttista, vaan kulkee eri tahtiin maan pinnalla ja satelliittien korkeuksissa.

”Satelliitit ottavat huomioon aika-avaruuden kaarevuuden avaruudessa, mikä johtaa aikasignaalin viivästymiseen. Jos suhteellisuusteorian mukaisten lainalaisuuksien vaikutuksia ajan kulkuun ei huomioitaisi, tulisi kännykän paikannukseen valtava virhe.”

Aallon ainutlaatuinen radioaaltojen aikasarja

Kaksi mustaa aukkoa voi kohdata ja sulautua yhdeksi mustaksi aukoksi. Syntyy valtava jyrähdys, joka välittyy avaruudessa gravitaatioaaltoina. Niiden havaitseminen maapallolla on todiste mustien aukkojen olemassaolosta.

”Maapallolle saapuessaan aallot ovat heikentyneet atomiydintä pienemmiksi värähtelyiksi, joita vain äärimmäisen herkät mittalaitteet voivat rekisteröidä.”

Aalto-yliopisto on avaruuden salaisuuksien tutkimuksessa vahvasti mukana. Kirkkonummella sijaitseva Aallon Metsähovin radiotutkimusasema on Suomen ainoa tähtitieteellinen radio-observatorio. Metsähovin halkaisijaltaan 14-metrisen radioteleskoopin tuottamaa havaintodataa käytetään muun muassa aktiivisten galaksien, Auringon ja maapallon pyörimisen tutkimiseen.

”Metsähovissa on jo 1980-luvulta tehty radioaaltoalueen havaintoja miljardien valovuosien päässä sijaitsevista kvasaareista. Näin pitkä yhtäjaksoisen havaintosarja on kansainvälisessä tutkimuksessa ainutlaatuista.”

Radioteleskooppeja myös Kuuhun?

Metsähovin vanhempi tutkija Tuomas Savolainen on mukana kansainvälisessä EHT-kollaboraatiossa (Event Horizon Telescope), joka onnistui ottamaan historian ensimmäisen kuvan mustan aukon varjosta. Kuvaa varten kahdeksan radioteleskooppia kuvasi galaksin M87 ja Linnunradan keskustan mustaa aukkoa viiden päivän ajan vuonna 2017. Datan yhdistäminen ja analysointi oli iso operaatio. Tutkijatiimit kokoontuivat Harvardiin vuonna 2018 vertailemaan dataa ja tuottamiaan kuvia.

”Oli huikea hetki, kun neljän eri ryhmän kuvat paljastettiin. Siinä kohtaa tiesin, että tässä on ensimmäistä kertaa mustan aukon varjo”, kuvailee Savolainen tunnelmiaan Tenkasen kirjassa.

Arvioilta ainakin kaksi miljardia ihmistä on nähnyt kuvan. Sekä tutkijat että kansalaiset janoavat lisää kuvia.

”Toiveissa on, että jo hyvin pian saamme nähdä Linnunradan supermassiivisen mustan aukon varjokuvan. Pian myös avaruusteleskoopit, kuten NASAn uusi James Webb -teleskooppi, tulevat mahdollistamaan yhä tarkempien kuvien saamisen. Toivottavasti ennen vuosisadan loppua myös Kuussa on radioteleskooppeja”, toteaa Tenkanen.

Teksti: Marjukka Puolakka

Tähtitieteilijöiden ottama ensimmäinen kuva mustasta aukosta näyttää oranssinkeltaisen hehkuvan ringin keskellä pimeyttä.
Tähtitieteilijöiden ottama ensimmäinen kuva mustasta aukosta Messier 87 -galaksin keskustassa. Kuva saatiin käyttämällä teleskooppien verkostoa Event Horizon Telescopea. Metsähovin vanhempi tutkija Tuomas Savolainen oli hankkeen ainoa suomalaisjäsen.

Lue lisää mustista aukoista

A view of the M87 supermassive black hole in polarised light, © EHT Collaboration

Tutkijat selvittivät ensimmäistä kertaa mustaa aukkoa ympäröivien magneettikenttien rakenteen

Uudet tulokset kertovat, mitä tapahtuu aivan mustan aukon reunalla, missä osa materiasta putoaa mustaan aukkoon ja osa suihkuaa valovuosien päähän.

Uutiset
Kuva mustasta aukosta

Tähtitieteilijät ottivat ensimmäistä kertaa kuvan mustasta aukosta

Aalto-yliopisto osallistui käänteentekeviin havaintoihin jättimäisestä mustasta aukosta Messier 87 -galaksin ytimessä.

Uutiset
Avaruus2

Mikä on musta aukko?

Miksi mustan aukon tutkiminen on tärkeää? Lue lisää Event Horizon Telescope -hankkeesta kysymyksiä ja vastauksia -palstalta.

Uutiset
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Sohjoa-robottibussi
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Kari Tammi: Suomi on itseohjautuville autoille kova pala vielä pitkään

Itseohjautuvat autot saattavat olla osa liikennettä 2030-luvulla. Suomen kaltaisessa äärimmäisten sääolojen maassa autonominen ajaminen yleistyy kuitenkin myöhemmin, sanoo professori Kari Tammi.
Research group members at Karjaa medieval church in May 2020. Photo: Panu Savolainen
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Koneen säätiöltä iso rahoitus Suomen keskiaikaisen puurakennusperinnön tutkimiseen

Arkkitehtuurin historian apulaisprofessori Panu Savolaisen tutkimusryhmälle 347 000 euron rahoitus.
Photo: Mika Huisman
Tutkimus ja taide Julkaistu:

New Media MA-opinnäytetyöesittelyt / Ma 13.12.2021

Tervetuloa seuraamaan New Median MA-opinnäytetyöesittelyitä!
ConnectToBrain research. Photo: Mikko Raskinen
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Helsingin yliopiston ja Aalto-yliopiston yhteistutkimukselle yli 2 miljoonaa masennuksen mekanismien tunnistamiseen

Marraskuussa alkanut Helsingin yliopiston ja Aalto-yliopiston uusi neurotieteen yhteistyöprojekti on saanut kansainvälisestä Wellcome Leap -organisaation Multi-Channel Psych -ohjelmasta yli 2 miljoonan euron kolmivuotisen tutkimusrahoituksen.