Universumilla on kasvuvauhtiongelma
Tarvitsen hetken. Astronomit ovat nimittäin bonganneet jotain, mikä saa hallitunkin tutkijan raapimaan päätään.
Kyseessä on galaksijoukko, joka käyttäytyy kuin teini-ikäinen, joka on jo elänyt täyden aikuisen elämän. Vähän kuin olisit tavannut ekaluokkalaisen, joka maksaa veroja ja ajaa autoa. Tämä vertauskuva tulee lähelle, mutta ei ihan — sillä kyseinen "ekaluokkalainen" on 10 miljardia vuotta vanha.
Joukko tunnetaan nimellä XLSSC 122, ja se sijaitsee noin 10,4 miljardin valovuoden päässä meistä. Valo, jota nyt näemme, lähti tuolta suunnalta silloin, kun universumi oli vasta vauvaikäinen — vain muutamia miljardeja vuosia vanha.
Mutta here's the thing, kuten englanniksi sanotaan: James Webbin teleskooppi paljasti jotain, mitä emme osanneet odottaa.
Tämä kosminen vauva vaikuttaa valmiilta.
Miksi tämä joukko näyttää valmiilta?
Galaksijoukot ovat käytännössä kosmisia kaupunkeja — valtavia kokoelmia toisiinsa gravitaatiolla sidottuja galakseja. Nykyisen ymmärryksemme mukaan nämä massiiviset rakennelmat olisi pitänyt muodostua hitaasti. Ajattele vaikka megakaupungin rakentamista: pikkukylät yhdistyvät, ja lopulta syntyy yksi iso, järjestäytynyt kokonaisuus.
Mutta XLSSC 122? Se ohitti kaikki väliportaat.
"XLSSC 122 on yksi ensimmäisistä joukoista, jotka tiedämme universumissa muodostuneen, ja sen massakeskittymä ei sovi kosmologisten malliemme ennusteisiin," kertoo Kyle Finner, tutkija IPAC:sta.
Joukon keskipisteessä on valtavasti massaa puristettuna yhteen — paljon enemmän kuin mallimme ennustavat näin nuorelle kohteelle. Se on kuin löytäisi täysin rakennetun pilvenpiirtäjän työmaalta, joka näyttäisi tyhjältä.
Webb astuu kehiin
Ja nyt alkuperäisestä yhteydestä tulee kiinnostava. Tutkijat tiesivät XLSSC 122:n olemassaolosta jo aiemmin — Euroopan avaruusjärjestö ESA bongasi sen vuonna 2014 röntgenhavainnoilla. Hubble vahvisti myös sen etäisyyden. Mutta Hubble ei kyennyt näkemään kokonaisuutta.
Sitten James Webb astui kuvaan.
Webb havaitsi jotain hämmästyttävää: kaarevia valokaaria joukon keskipisteen ympärillä. Ne eivät ole vain kaunistelevia avaruuden koristeita — ne ovat todisteita niin sanotusta voimakkaasta gravitaatiolinssivaikutuksesta.
Painovoima suurennuslasina
Gravitaatiolinssivaikutus syntyy, kun massiivinen kohde — kuten galaksijoukko — asettuu meidän ja sitä kauempana olevien kohteiden väliin. Joukon painovoima taivuttaa ja vääristää tuolta takana olevien kaukokaupunkien valoa.
Se on kuin pitäisi kädessä kaarevaa lasia taskulampun edessä — valo taittuu.
Tämä on hyödyllistä, koska sen avulla tutkijat voivat mitata, kuinka paljon massaa joukkoon on pakattu. Ja tässä tulee se jännittävä osuus: suurin osa tuosta massasta on näkymätöntä. Se on pimeää ainetta — sitä mystistä tavaraa, jota emme voi nähdä suoraan, mutta tiedämme sen olevan olemassa painovoimavaikutuksensa perusteella.
Pimeää ainetta on noin viisi kertaa enemmän kuin tavallista ainetta, josta kaikki näkyvä koostuu. Kun Webb siis havaitsi tuon voimakkaan linssivaikutuksen, se "näki" käytännössä enimmäkseen näkymätöntä massaa vaikuttamassa.
"Ennen JWST:tä emme pystyneet tekemään tällaista tiedettä varhaisessa, kaukaisessa universumissa," Finner selittää.
Mitä tämä tarkoittaa?
Rehellisesti? Tämä on juuri sellaista, mikä saa tutkijat sekä innostumaan että hieman hermostumaan.
Se tarkoittaa, että universumin kehittymisestä rakentamamme mallit saattavat kaivata säätöä. Joko massiiviset rakennelmat muodostuivat nopeammin kuin arvasimme, tai taustalla on jotain, mitä emme ole ottaneet huomioon.
Ja rehellisesti sanottuna? Rakastan tätä.
Tiede toimii parhaiten silloin, kun todellisuus kieltäytyy sopimasta mukavasti odotuksiimme. Aina kun löydämme jotain, joka haastaa mallejamme, opimme jotain uutta. Joko ymmärryksemme kaipaa tarkennusta, tai olemme törmänneet täysin uuteen ilmiöön.
XLSSC 122 on nyt etäisin koskaan havaittu galaksijoukko, joka osoittaa voimakasta gravitaatiolinssivaikutusta — titteli, joka on Webbin hämmästyttävän herkkyyden ansiota. Tämä tekee siitä korvaamattoman työkalun massan — etenkin pimeän aineen — jakautumisen tutkimiseen varhaisessa universumissa.
Kaiken kaikkiaan
Avaruus ei lakkaa yllättämästä. Juuri kun luulemme ymmärtäneksemme kosmisten sääntöjen kirjan, jokin heittää meidät suin päin.
James Webb todistaa jatkuvasti olevansa paras mahdollinen avaruusetsivä, paljastaen yksityiskohtia, joita vanhemmat teleskoopit eivät yksinkertaisesti kyenneet nappaamaan. Ja kun kaivamme syvemmälle universumin menneisyyteen, huomaamme, että kosmos oli paljon luovempi kasvamisessa kuin koskaan kuvittelimme.
Joten kun seuraavan kerran katsot yötaivasta, muista: jossain siellä baby-galaksijoukko käyttäytyy jo aikuisena — eikä meillä ole aavistusta miksi.