Tuomas Savolainen oli mukana luomassa ensimmäistä kuvaa mustasta aukosta – ”Oli huikea tunne nähdä, että se todella on siellä”

Julkaistu:

Keskiviikkona julkaistu kuva mustasta aukosta on monella tapaa merkittävä. Suomalaistutkijan mukaan kyseessä on ”savuava ase” -tyyppinen todiste supermassiivisten mustien aukkojen olemassaolosta.
Kansainvälinen tutkijajoukko julkaisi keskiviikkona iltapäivällä kuvan, josta voidaan puhua merkittävänä tieteellisenä läpimurtona. Kyseessä on ensimmäinen oikea kuva mustasta aukosta.

– Ja kyseessä on todellakin ensimmäinen oikea kuva, koska kaikki kuvat, joita ihmiset ovat tähän mennessä mustasta aukosta nähneet, ovat olleet joko tietokonesimulaatioita tai taiteilijan näkemyksiä. Tällä on iso merkitys paitsi historiallisena tapauksena, myös siinä mielessä, että olemme nyt ensimmäistä kertaa nähneet yhden nykyfysiikan ehkä oudoimmista ilmiöistä, kertoi projektissa ainoana suomalaisena mukana ollut akatemiatutkija ja dosentti Tuomas Savolainen IS:lle keskiviikkona puhelimitse Brysselistä.


Ensimmäisen oikean kuvan ottaminen mustasta aukosta oli laajan kansainvälisen Event Horizon Telescope -projektin (EHT) tavoite, jonka toteuttamiseen osallistui yli 200 tutkijaa kymmenistä instituuteista 18:ssa eri maassa. Kyse ei ole kuitenkaan tavallisesta valokuvasta, vaan kahdeksan eri puolilla maailmaa sijaitsevan teleskoopin keräämästä tiedosta koostetusta kuvasta.

EHT:n tutkimuslaitteet ovat suurikokoisia radioteleskooppeja, eivätkä ne tee havaintoja näkyvän valon aallonpituuksilla, vaan radiotaajuuksilla. Savolainen kuuluu projektin kuvantamisryhmään, jonka tehtävänä oli käsitellä teleskooppien keräämää dataa.
Mustat aukot ovat avaruuden alueita, joissa painovoima on niin suuri, ettei edes valo pääse pakenemaan niistä. Keskiviikkona julkaistussa kuvassa on M87-galaksin keskustassa sijaitseva supermassiivinen musta aukko.

– Eli siellä on paljon massaa, tässä tapauksessa kuusi miljardia auringon massaa hyvin pienessä tilavuudessa. Ja kuten Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ennustaa, se kaareuttaa sitä avaruutta siinä ympärillä niin paljon, että mikään ei sinne kerran mentyään pääse pois. Sieltä ei ole enää mitään polkua takaisin tähän meidän maailmankaikkeuteemme, Savolainen kuvailee.

Vastaa yleisen suhteellisuusteoriaan pohjautuvia ennusteita

Kuvassa näkyy pimeän keskustan ympärille kiertynyt oranssinpunainen rengas, joka on etelälaidaltaan kirkkaampi kuin pohjoislaidaltaan. Pimeä aukko keskellä on oikeastaan mustan aukon varjo.

Julkistuksen yhteydessä yksi usein kuultu sana oli tapahtumahorisontti. Sillä tarkoitetaan rajaa, jonka kautta materia virtaa sitä puoleensa vetävään mustaan aukkoon eli rajaa, jolta ei ole enää paluuta.

Tapahtumahorisontti on kuvassa pimeän keskustan eli varjon sisällä, ja kirkas rengas keskustan ympärille syntyy, kun riittävän läheltä kulkevat valonsäteet eivät kykene etenemään suoraan vaan taipuvat voimakkaassa painovoimakentässä.

– Se, mitä kuvassa näkyy, vastaa erittäin hyvin yleisen suhteellisuusteorian pohjalta laskettuja ennusteita siitä, miltä tällainen pyörivä musta aukko tai sen ympäristö näyttää.


Valmiin ja julkaisukelpoisen kuvan aikaan saamista edelsi pitkä prosessi, jossa teleskooppien keräämää tietoa yhdisteltiin ja kalibroitiin. Matkaan mahtui myös käytännön haasteita, sillä esimerkiksi Etelämantereen teleskooppiasemalta saatuja tietoja jouduttiin odottamaan kuukausia, koska asemalle ei ollut lentoja mantereen talvikaudella.

– Nämä teleskoopit ovat korkeilla, vaikeasti tavoitettavilla vuorenhuipuilla, koska niiden täytyy sijaita paikoissa, joissa ilmakehän vesihöyryä on mahdollisimman vähän. Tämä tekee tästä hommasta maan päällä vähän sellaista seikkailutähtitiedettä, koska ihmisten täytyy matkustaa eri puolille maailmaa aika eksoottisiinkin paikkoihin, Savolainen naurahtaa.

Kaksi hetkeä jäi erityisesti mieleen

Lopullinen kuva valmistui erityisiä algoritmeja käyttäen, koska osa informaatiosta puuttui ja ”puuttuvat palaset” täytyi ikään kuin täyttää fysikaalisesti todennäköisillä oletuksilla. Tutkijoille ei tullut varsinaisesti yllätyksenä se, että kuva vastaa piirteiltään teoreettisia odotuksia tai aiempia tietokonesimulaatioita.

– Mutta oli silti huikea tunne nähdä, että se todella on siellä. Koska sehän olisi saattanut olla ihan mitä tahansa muutakin.

Kuvantamisryhmä, johon Savolainen kuului, sai alkukesällä ensimmäisen kerran käsiteltäväkseen ensimmäisen kerran teleskooppien keräämää dataa.


– Kun dataa käsitellessä alkoi näkyä, että hyvänen aika, siellähän on tuollainen rengas, niin tokihan se oli hieno tunne.

Aluksi kaikki työskentelivät omilla tahoillaan, ja myöhemmin kuvantamisryhmä jaettiin neljään tiimiin, jotka käsittelivät dataa eri menetelmillä toisistaan riippumatta. Heinäkuussa kaikki tiimit kokoontuivat viikoksi Harvardin yliopiston kampukselle vertailemaan tuloksiaan.

– Ja se oli se toinen huikea hetki tässä projektissa, kun nähtiin, että kaikkien tiimien kuvat vastasivat toisiaan ja huomattiin, että meillä todella oli se tulos tässä, Savolainen muistelee.

”Savuava ase” löytyi

Ennakkoon odotettiin, että julkistustilaisuudessa saatettaisiin paljastaa myös muita mustista aukoista saatuja kuvia. EHT keräsi dataa myös oman galaksimme Linnunradan keskustassa olevasta supermassiivisesta mustasta aukosta, mutta kyseinen data on Savolaisen mukaan vielä osittain käsittelemättä.

Tätä kuvaa on odotettava mahdollisesti vielä vuosi tai pari, sillä Sagittarius A* -niminen musta aukko on M87-galaksin mustaa aukkoa pienempi ja sen aukkoa kiertävä materia liikkuu huomattavasti nopeammin. Tämän vuoksi datan analysoimiseen saatetaan tarvita uudenlaisia työkaluja ja algoritmeja. Tästä syystä projektin voimavarat päätettiin keskittää toistaiseksi nyt julkaistuun kuvaan.


Savolaisen mukaan EHS on kuvallaan avannut periaatteessa kokonaan uuden tavan ja mahdollisuuden tutkia painovoimaa äärimmäisissä gravitaatiokentissä. Nyt havainnot ovat toistettavissa, ja kuvien laatua sekä tarkkuutta voidaan parantaa esimerkiksi lisäämällä antennistoon uusia antenneja tai käyttämällä lyhyempiä aallonpituuksia.

Tarjolla on uusia mahdollisuuksia tarkentaa esimerkiksi yleiseen suhteellisuusteoriaan liittyviä testejä ja myös joitakin vaihtoehtoisia teorioita pystytään sulkemaan pois.

– Toinen tärkeä asia on se, että meillä on ensimmäistä kertaa suora todiste supermassiivisen mustan aukon olemassaolosta. Tuskin kukaan tähtitieteilijä on epäillyt sitä enää pitkiin aikoihin, mutta tämä on tietyllä tapaa suora todiste siitä ja myös siitä, että supermassiiviset mustat aukot on todella aktiivisten galaksien keskustoja, jotka loistavat hyvin voimakkaasti ja saattavat säteillä voimakkaammin kuin ne kaikki galaksin muut tähdet yhteensä.

– Supermassiiviset mustat aukot ovat todellakin ikään kuin näiden aktiivisten galaksien voimanlähteitä. Toki sitäkin ovat kaikki pitäneet totena jo pitkän aikaa, mutta tämä on nyt tällainen savuava ase -tyyppinen todiste.

”Varmasti tähänastisen uran huippuhetki”

Reilun parin sadan tutkijan yhteistyön koordinoiminen on haastava tehtävä, eikä se Savolaisen mukaan ole välttämättä aina ollut helppoa. Hän kuitenkin kuvailee projektia hyvin antoisaksi ja siinä mukana olleita ihmisiä ”aivan uskomattomiksi”.

– Kun kaikilla on mielessä sama yhteinen päämäärä, niin ihmiset venyvät todella uskomattomalla tavalla. Kaikki ovat halukkaita tekemään paljon enemmän kuin oman osuutensa.
Haastatteluhetkellä Savolainen oli Brysselissä rakennuksessa, jonka naapurissa oli samaan aikaan meneillään Britannian EU-eroon eli brexitiin liittyvä kokous.

– Siitä tuli mieleen, että tämä on hieno muistutus siitä, että ihmiskunta voi saavuttaa jopa mahdottomalta tuntuvia asioita kansainvälisen yhteistyön avulla silloin kuin tehdään asioita yhdessä. Vaikka usko kansainväliseen yhteistyöhön horjuu tässä nykymaailmassa, niin toivottavasti tämä nyt ainakin toimii jonkinlaisena vastaesimerkkinä. Se on mahdollista ja sillä voidaan saavuttaa paljon.

Shampanjapulloja ei vielä oltu haastatteluhetkellä ehditty poksautella, sillä kaikki paikalla olleet tutkijat olivat Savolaisen mukaan vielä kiinni haastatteluissa. Juhlajuomien aika oli koittamassa pian alkavalla juhlaillallisella.

– Tuntuuhan tämä upealta, kyseessä on varmasti tähänastisen uran huippuhetki. Viime kesästä asti ollaan tiedetty, että meillä on tämä tulos, eikä olla saatu siitä kertoa. On ollut vaikeaa pitää sitä sisällä, kun on tiennyt, että kyseessä on tulos, joka kiinnostaa kollegoita aivan uskomattoman paljon. Mutta saimme loppujen lopuksi pidettyä salaisuuden ja on hieno juttu, kun saadaan kertoa siitä kertoa nyt kaikille, Savolainen kuvaili omia tunnelmiaan.

Kommentit

    Näytä lisää
    Kommentointi on päättynyt