Maailmankaikkeus kiihdyttää menoaan – mutta miksi?

Oletko koskaan miettinyt, mitä maailmankaikkeudessa oikeasti tapahtuu valtavimmilla mittakaavoilla? Tiede tarjoaa nyt uuden työkalun tämän kosmisen arvoituksen tutkimiseen.

Jotain outoa on vialla

Maailmankaikkeus ei vain laajene – se laajenee nopeammin kuin sen pitäisi. Ajattele vaikka palloa, joka heiton jälkeen kohoaa ilmaan yhä kiihtyvää vauhtia ilman, että kukaan työntää sitä ylhäältäpäin. Fyysikot kutsuvat tätä näkymätöntä kiihdyttäjää pimeäksi energiaksi.

Ongelma? Emme tiedä, mitä pimeä energia oikeastaan on. Sitä ei voi laittaa purkkiin ja tutkia laboratoriossa. Voimme vain mitata sen vaikutuksia ja yrittää ymmärtää sen todellista luonnetta.

Kosmiset majakat

Tässä astuvat kuvaan Tyypin Ia supernovat. Nämä ovat tähtien räjähdyksiä kosmisella mittakaavalla – kun tietyt kuolevat tähdet eli valkoiset kääpiöt räjähtävät, ne vapauttavat lähes täysin vakioenergian. Tiede kutsuu niitä "standardikynttilöiksi". Kuten majakat tunnetulla kirkkaudella, voimme päätellä niiden etäisyyden siitä, kuinka himmeinä ne näyttäytyvät Maasta katsottuna.

Nämä kosmiset majakat olivat avainasemassa, kun laajenemisen kiihtyminen havaittiin ensimmäistä kertaa vuonna 1998. Löytö mullisti kaiken, mitä kosmologiasta luulimme tietävämme, ja toi tutkijoille Nobel-palkinnon.

Mutta näissä kynttilöissä on mutka.

Ikävä komplikaatio

Supernovien ominaisuudet riippuvat siitä, missä galaksissa ne sijaitsevat. Vanhoissa, massiivisemmissa galakseissa tapahtuvat räjähdykset näyttävät hieman erilaisilta kuin nuoremmissa ympäristöissä. Astronomit ovat noin 20 vuotta korjanneet näitä eroja karkeilla arvioilla – kuin käyttäisivät sumeaa kuvaa silloin, kun oikeasti tarvittaisiin teräväpiirtoa.

Uusi työkalu astuu kehiin

Barcelonan yliopiston tutkijat ovat kehittäneet CIGaRS-menetelmän. Se tekee jotain hämmästyttävää: se mallintaa kaiken yhdessä.

Sen sijaan, että supernovia, niiden isägalakseja, kosmista pölyä, maailmankaikkeuden laajenemishistoriaa ja supernovien esiintymistiheyttä tutkittaisiin erillisinä palapelin pala, tämä lähestymistapa yhdistää ne yhdeksi malliksi. Ajattele sitä niin, että palapelin kaikki palaset vihdoin keskustelevat keskenään.

Mitä tämä käytännössä tarkoittaa?

Ensinnäkin: tutkijat hyödynsivät tekoälyä. He generoivat tuhansia simuloituja universumeja, kouluttavat neuroverkon yhdistämään havainnot fysikaalisiin ominaisuuksiin ja antavat järjestelmän sitten analysoida oikeaa dataa. Käytännössä opetamme tietokoneita ajattelemaan kosmologien lailla.

Toiseksi – ja tämä on melko huikeaa – menetelmä pystyy määrittämään galaksien etäisyyksiä pelkistä kuvista. Ei tarvita kalliita ja aikaa vieviä spektroskooppisia havaintoja, joissa teleskooppeja osoitellaan yksittäisiin tähtiin pitkään. Vain valokuvia, ja tulokset syntyvät.

Tämä on valtava juttu. Tulevat taivaskartoitukset, erityisesti Vera C. Rubin -observatorio Chilessä, tulevat löytämään miljoonia supernovaehdokkaita. Emme fyysisesti pysty seuraamaan niitä kaikkia spektroskopialla. Tällä tekniikalla se ei ehkä ole edes tarpeen.

Miksi sinun pitäisi välittää?

Ymmärrän kyllä: "Mukava tiede, mutta miksi minun pitäisi piitata pimeästä energiasta?"

Asia on näin: pimeän energian ymmärtäminen ei ole pelkkää akateemista harjoitusta. Se koskettaa perustavanlaatuisia kysymyksiä todellisuuden luonteesta. Mistä maailmankaikkeus koostuu? Miten se päättyy? Ovatko fysiikan lait johdonmukaisia kaikkialla? Pimeä energia kietoutuu kaikkiin näihin kysymyksiin.

Ja rehellisesti: on vain hämmästyttävää, että olemme päässeet pisteeseen, jossa tekoäly ja nokkelat tilastolliset menetelmät auttavat meitä tutkimaan kaiken laajenemisen kiihtymistä. Elämme uskomatonta aikaa astronomialle.

Tutkijat eivät tietenkään ole valmiita. CIGaRS tarvitsee todellista testausta uuden datan valossa. Mutta jos se toimii luvatulla tavalla, olemme askeleen lähempänä pimeän energian arvoituksen ratkaisemista.

Eikö olisikin jotain?