Arkisto

Pöly on laskeutunut

25.9.2014 klo 18.25, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Maanantaina 22.9. Planck-tutkimusryhmä julkisti tuloksensa Linnunradan pölyn lähettämistä mikroaalloista. Kosmologian näkökulmasta Linnunrata on vain ikkunassa olevaa likaa, joka haittaa kauas näkemistä. Niinpä havainnot galaksimme pölystä eivät yleensä juuri kiinnosta kosmologeja. Planckin uusia tuloksia on kuitenkin odotettu innolla maaliskuusta asti, jolloin BICEP2-tutkimusryhmä väitti löytäneensä gravitaatioaaltojen sormenjäljen kosmisessa mikroaaltotaustassa. Mielenkiinnon syynä on se, että kosmisen signaalin erottelemiseksi havainnoista täytyy tuntea Linnunradasta tuleva kohina tarkkaan.

Käsittelin jokusessa merkinnässä BICEP2:n havaintojen tulkintaa, sekä epävarmuutta siitä, pitääkö tulos paikkansa. Ensimmäisessä merkinnässäni kirjoitin, että ”tulos on merkittävämpi kuin Higgsin löytäminen, mutta siihen pitää myös suhtautua varovaisesti: pöly ei ole vielä laskeutunut” ja että ”on syytä odottaa muiden ryhmien analyysejä BICEPin datasta ja Planck-satelliitin tuloksia ennen kuin jättää konditionaalit pois”.

Konditionaalit olivat paikallaan. Lyhyesti sanottuna, Planckin uuden tutkimuksen mukaan BICEP2:n katsoman taivaan osan pölyn lähettämistä mikroaalloista syntyy juuri sellainen kuvio minkä BICEP2 näki. Planckin tulokset ovat saaneet asianmukaisesti huomiota, mainitsen useista kirjoituksista vain Naturen artikkelin ja yhteistyökumppanini Sesh Nadathurin blogimerkinnän, joista jälkimmäinen on selkein näkemäni selostus aiheesta.

BICEP2-teleskooppi oli erikoistunut laite, joka oli suunniteltu mittaamaan mikroaaltojen polarisaatiota tietyllä aallonpituudella tietyssä kohtaa taivasta. (Jonkinlainen selitys siitä, mitä polarisaatio on, löytyy täältä.) BICEP2:n valttina oli se, että se keskittyi sellaiseen kaistaan taivasta, jonka pölystä odotettiin tulevan erityisen vähän polarisoitunutta säteilyä. Koeryhmällä ei kuitenkaan ollut luotettavia karttoja siitä, paljonko polarisoitunutta säteilyä Linnunradan eri puolilta tulee. Planckin tulokset osoittavat nyt, että mikään osa taivasta ei ole niin puhdas, että pölyn voisi jättää huomiotta.

Planck esitti myös arvion siitä, paljonko pölystä tulee polarisoitunutta säteilyä juuri BICEP2:n katsomalla alueella. Tämän tekeminen ei ole aivan suoraviivaista, koska toisin kuin BICEP2, Planck-satelliitti oli yleislaite, joka mittasi valon kirkkautta ja polarisaatiota yhdeksällä aallonpituudella koko taivaalla. Planck ei pysty suoraan toistamaan BICEP2:n polarisaatiomittausta yhtä suurella tarkkuudella.

Planck-ryhmä käytti sen sijaan hyväksi sitä, että Planck näkee lyhyempiä aallonpituuksia kuin BICEP2, ja pölystä tulee lyhyemmillä aallonpituuksilla enemmän polarisoitunutta säteilyä. Ryhmä sai tehtyä kartan pölyn lähettämästä polarisoituneesta säteilystä taivaan eri puolilla, mukaan lukien BICEP2:n katsomalla alueella, mutta eri taajuudella kuin mitä BICEP2 mittasi. Sitten ryhmä selvitti eri taajuuksien välisen polarisaatiosignaalin välisen suhteen ympäri taivasta. Jos oletetaan, että BICEP2:n valitsemassa alueessa tämä suhde ei merkittävästi poikkea siitä, mitä se on taivaalla keskimäärin, niin saadaan arvio alueen pölyn lähettämästä polarisoituneesta valosta BICEP2:n näkemällä aallonpituudella.

Tulos näyttää juuri siltä, mitä BICEP2 oikeasti näki. Toisin sanoen, BICEP2:n havaintojen selittämiseen ei tarvita gravitaatioaaltoja, Linnunradan pöly riittää.

Tämä ei todista, että BICEP2 ei olisi nähnyt gravitaatioaaltoja, vain sen, että niistä ei ole mitään todisteita. Asian varmistamiseksi BICEP-ryhmä tekee paraikaa uusia mittauksia kahdella aallonpituudella (ja on laajentamassa kolmanteen), ja työskentelee Planck-ryhmän kanssa havaintojen yhdistämiseksi. Lisätietoja on luvassa marraskuussa Planckin julkistaessa lisää havaintojaan, mutta lopullista selvyyttä ei ehkä saada vielä silloin.

BICEP2:n väite herätti intoa kosmologien keskuudessa: BICEP2:n ja Planckin tulosten julkistamisen välisen puolen vuoden aikana tuli julki lähes 700 artikkelia, joissa viitataan BICEP2:n artikkeliin. Huomattava osa niistä käsitteli BICEP2:n tulosten teoreettista tulkintaa olettaen, että ne ovat oikein. Epäilyjä oli jo ennen Planckin tämän viikon tuloksia, ja niiden myötä innostus on kaikonnut. BICEP2 ei silti ollut turha koe, sen havainnot rajoittavat esimerkiksi mahdollisten kosmisten säikeiden ja magneettikenttien ominaisuuksia.

Kuten mainitsin mikroaaltotaustan kylmästä läikästä kirjoittaessani, se että jotkut esittävät tehneensä havainnon tai teoreettisen löydön, jota muut sitten yrittävät kumota tai varmentaa, on tavallista tieteen tekemistä. Tieteen luotettavuus ei perustu siihen, että tieteilijät olisivat niin nerokkaita ja huolellisia, että he esittäisivät vain paikkansapitäviä väitteitä, vaan siihen, että tiedeyhteisö suhtautuu kaikkiin väitteisiin kriittisesti, joten virheelliset saadaan karsittua pois.

Avainasemassa on se, että muilla on mahdollisuus päästä käsiksi alkuperäisiin laskuihin ja havaintoihin sekä tehdä omia havaintojaan. Sillä, että tieteelliset artikkelit käyvät läpi vertaisarvioinnin, on vähäisempi rooli. Artikkelin julkaiseminen on laatuleima, joka kertoo, että yhden tai kahden vertaisarvioijan mielestä artikkelissa ei ole ilmeisiä virheitä. Jos tulokset eivät ole ilmeisen väärin, niiden oikeellisuus tarkistetaan kuitenkin pääosin tiedeyhteisön toimesta, ei parin kustannustoimittajan valitseman henkilön. BICEP2-ryhmän artikkelin julkaistu versio erosi merkittävästi alunperin julkistetusta versiosta siten, että siinä ei enää väitetty, että on havaittu gravitaatioaaltoja. Tähän kuitenkin luultavasti vaikutti se, että kritiikkiä oli jo esitetty muissa artikkeleissa, joihin julkaistussa versiossa viitataankin.

Kenties voidaan tosin sanoa, että lehdistötilaisuuksien kanssa olisi syytä olla huolellisempi, eikä sanoa tulosta varmaksi ennen kuin muut ovat sen tarkistaneet. On tavallista, että suurelle yleisölle mainostetaan löytöjä ennen kuin tiedeyhteisö on niistä vakuuttunut. Vastakkaisiakin esimerkkejä on: Higgsin kohdalla oltiin suorastaan kohtuuttoman varovaisia sen suhteen, koska hiukkanen julistettiin löydetyksi ja milloin sitä alettiin kutsumaan Higgsin hiukkaseksi.

Päivitys (25/09/14): Mainitsen vielä Resonaancesin ja Telescoperin blogimerkinnät aiheesta.

6 kommenttia “Pöly on laskeutunut”

Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Viserrystä taivaasta
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Suureellinen fantasiaeepos
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Jälkeen jääneistä
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Käänteitä taivaankannen selityksessä
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Useiden sanansaattajien aikakausi
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Myötä- ja vastoinkäymisissä

Vastaa Peruuta vastaus

Ammattilainen osaa ajatella niin kuin vaaditaan

22.9.2014 klo 22.31, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Kirjoitan Helsingin Sanomien tänään julkaistussa kolumnissa seuraavasti:

”Kyse ei ole siitä, etteikö ammattilaisella olisi moraalia. Pikemminkin kyse on siitä, että hän osaa arvioida tekojensa eettisyyttä työyhteisön hyväksymien sääntöjen mukaan ja ymmärtää, että itsenäisten moraalisten päätösten tekeminen toimeksiantoon liittymättömien seikkojen perusteella on epäammattimaista.”

Vastaa Peruuta vastaus

Myöhästyneitä viestejä

17.9.2014 klo 14.17, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia , Yleinen

Aikaa käsittelevän merkinnän kommenteissa kysyttiin siitä, miten massakeskittymät vaikuttavat valon kulkuaikaan ja valon perusteella pääteltyihin etäisyyksiin, joten kirjoitan sen tiimoilta jotain. (Olen aiemmin käsitellyt etäisyyksien mittaamista supernovien ja parallaksin avulla.)

Olen kirjoittanut siitä, miten gravitaatiolinssit taivuttavat valoa ja vääristävät niiden takana olevien kohteiden kuvia kehiksi tai kaariksi. Gravitaatiolinssejä listaavan CASTLES-tietokannan sivuilla on kuva siitä, miltä muutaman kymmenen metrin päässä oleva rakennus näyttäisi, jos välissä olisi musta aukko, jolla on sama massa kuin Saturnuksella.

Gravitaatiolinssit jakavat valonsäteitä, niin että samaan aikaan samasta paikasta lähteneet säteet matkaavat eri reittejä. Koska reitit ovat eri pituisia, valonsäteiden matka-aika on erilainen, eli osa valosta tulee myöhässä. Jos lähtevä valo on erilaista eri hetkinä, niin ero matka-ajassa voidaan mitata: eri reittejä matkanneet valonsäteet näyttävät samaa elokuvaa eri kohdista.

On varsin harvinaista, että sopivalla aikavälillä muuttuva tarpeeksi kirkas kohde sattuisi tarpeeksi massiivisen kohteen taakse niin että gravitaatiolinssin aikaviive olisi mahdollista mitata. Taivas on kuitenkin täynnä tavaraa, joten joskus käy tuuri. Toistaiseksi aikaviiveitä on mitattu luotettavasti noin kymmenestä tai kahdestakymmenestä kohteesta – lukumäärä riippuu siitä, kuinka tiukka on luotettavuuden suhteen.

Pisin mitattu aikaviive on noin kaksi vuotta ja lyhin on noin viikon. Valon matka-aika on kummassakin tapauksessa kymmenen miljardia vuotta, eli linssin aiheuttama muutos on isoimmillaan noin miljardisosan suuruinen.

Aikaviivettä voi käyttää maailmankaikkeuden tämänhetkisen laajenemisnopeuden mittaamiseen. Maailmankaikkeuden etäisyydet riippuvat siitä, miten nopeasti maailmankaikkeus laajenee, joten myös valon matka-aika riippuu siitä. Aikaviiveen suhde matka-aikaan puolestaan määräytyy siitä, miten massiivinen gravitaatiolinssi on ja miten sen massa on jakautunut (kirjoitin hieman tästä aiemmassa merkinnässä).

Jos linssin vääristämän kuvan muodosta pystytään päättelemään, millainen linssi on, niin voidaan laskea, kuinka suuri aikaviive on suhteessa matka-aikaan. Kun lisäksi mitataan viive, voidaan päätellä matka-aika ja siten linssin etäisyys ja maailmankaikkeuden laajenemisnopeus. (Tässä selityksessä on yksinkertaistettu aika paljon. Itse asiassa päättelyssä tarvitaan muutakin tietoa etäisyyksistä, mutta ei mennä siihen.)

Toistaiseksi tulosten tarkkuus on jättänyt toivomisen varaa. Suurin ongelma on se, että aikaviive riippuu voimakkaasti linssien rakenteesta, ja linssien yksityiskohdista on melko paljon epävarmuutta.

Vuonna 2020 taivaalle nousevan Euclid-satelliitin odotetaan mittaavan noin satatuhatta voimakasta gravitaatiolinssiä. Euclidin lisäksi linssejä pitää mitata tarkasti Maan päältä käsin teleskoopeilla kaiken tarvittavan datan saamiseksi, mutta joka tapauksessa linssien suuren määrän odotetaan parantavan niiden avulla tehtävien mittausten tarkkuutta merkittävästi.

Gravitaatiolinssien tapauksessa valonsäteiden reiteissä on vain pieni ero. Entäpä jos tarkastellaan valonsäteitä, jotka ovat kulkeneet täysin eri reittejä, esimerkiksi sellaisia, jotka tulevat taivaan vastakkaisilta puolilta? Kosmisesta mikroaaltotaustasta näkee, että maailmankaikkeus on hyvin samanlainen eri suunnissa, kunhan katsoo kosmologisille etäisyyksille satojen miljoonien valovuosien päähän. Niinpä ei ole suurta väliä, mistä suunnasta tulevaa valoa katselee. Ei ole ihan selvää, kuinka suuria pienet erot eri suuntien välillä ovat (eräs tämänhetkinen tutkimusaiheeni itse asiassa liittyy tähän), mutta luultavasti ne ovat korkeintaan prosentin luokkaa, jos sitäkään.

Yksi kommentti “Myöhästyneitä viestejä”

Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Useiden sanansaattajien aikakausi

Vastaa Peruuta vastaus

Laboratorion ja taivaan risteyksessä ja muita tarinoita

16.9.2014 klo 20.18, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia , Yleinen

Juttelen kosmologiasta lauantaina 20.9. Berliinissä kello 19.30 Haus der Berliner Festspielessä Jimi Tenorin kosmisessa show’ssa. Tilaisuudessa puhuvat myös kirjailija Johanna Sinisalo ja taiteilija Megatron Braineater.

Puhun sunnuntaina 5.10. kello 13.30 Turun Tiedemessuilla auditoriossa 1 aiheesta ”Higgs laboratorion ja taivaan risteyksessä”. Tiivistelmä on seuraava: ”CERNissä 2012 löydetyn Higgsin hiukkanen oli tuntemamme hiukkasfysiikan viimeinen pala. Higgs saattaa myös selittää sen, mistä kaikki maailmankaikkeuden rakenne on peräisin.” Sen jälkeen, kello 14.45, minua haastatellaan Äidinkielen opettajainliiton ja Turun seudun äidinkielenopettajien osastolla #Kirjat.

Puhun lauantaina 15.11. Helsingissä kello 11.30 Humanismin päivillä siitä, mitä maailmankaikkeudesta tiedämme. Tilaisuus on HERO:n tiloissa, osoitteessa Vilhonkuja 4.

Puhun samana päivänä kello 16.00 Lappeenrannan ylioppilastalon auditoriossa aiheesta ”Maailmankaikkeuden alusta Maapallon alkuun: yhdeksän miljardia vuotta muodonmuutoksia”. Minua ennen, kello 15.00, puhuu ympäristöekologi Kimmo Saarinen aiheesta ”Elämme luonnosta, mutta miksi emme siedä sitä?”. Tilaisuuden järjestävät Lappeenrannan ja ympäristön vapaa-ajattelijat yhdessä Ursan paikallisyhdistys Etelä-Karjalan Novan kanssa. Tilaisuuteen on vapaa pääsy.

Puhun keskiviikkona 3.2. kello 18.00 Helsingissä Tieteiden talolla kosmologiasta ja sen historiasta Skepsiksen tilaisuudessa. Puhe päätynee Skepsiksen YouTube-kanavalle. Tilaisuuteen on vapaa pääsy.

Puhun Utsjoella perjantaina 20.3. tapahtumassa Utsjoen pimennys ja pilkki auringonpimennyksen yhteydessä aiheesta ”Auringonpimennyksestä pimeään aineeseen: todellisyys näkyvän tuolla puolen”. Tapahtuman järjestää Ohcejoga Utsjoen Ursa.

Yksi kommentti “Laboratorion ja taivaan risteyksessä ja muita tarinoita”

Juhani Harjunharja sanoo:

19.9.2014 12:53

Mielenkiintoisia esitelmiä tulossa. Utsjoella rakentelemme ohjelmaa vielä niin, että esitelmäsi saa kunnolla näkyvyyttä ja kuuluvuutta kautta kalotin ja laajemminkin. Joudumme nyt hiukan tarkentamaan ja osin hiukan myös karsimaan ohjelmaamme, jotta pääsemme ohitse muodostuneen pienen ”rönsyilyn”.

Toivotamme Sinut tervetulleeksi Utsjoelle! 🙂

Vastaa