Joulukuussa 2013 avaruuteen laukaistun, Linnunradan rakennetta kartoittavan Gaia-luotaimen tähänastisista havainnoista on koottu kotigalaksimme tähtitiheyskartta. Kirkkaimmilla alueilla on eniten tähtiä; mitä tummempaa kuvassa on, sitä vähemmän alueella on tähtiä. Musta avaruus on miltei tähdetön. 

Linnunradan tasossa tähtien tiheys on suuri, joten se erottuu kaikkein kirkkaimpana vyöhykkeenä. Keskellä kuvaa olevassa galaksin keskuksessa tähtiä on kaikkein tiheimmässä. 

Kirkkaus ei kuitenkaan ole tasaista, sillä galaksin kiekon tasoa kirjovat tummina näkyvät tiheät pölypilvet, jotka peittävät kauempana olevat tähdet taakseen.

Linnunradan ulkopuolisessa avaruudessa erottuu selkeimmin kaksi seuralaisgalaksia, Suuri ja Pieni Magellanin pilvi. Niiden lisäksi on siellä täällä pieniä valopisteitä. Ne ovat pallomaisia tähtijoukkoja, jotka muodostavat kehän Linnunradan ympärille.

Kuva: Edmund Serpell/ESA/Gaia – CC BY-SA 3.0 IGO

Juuri kun luulimme selvinneemme 800 miljoonan valovuoden etäisyydellä tapahtuneesta galaksijoukkojen kolarista, tutkijat ovat todenneet, että Linnunratakin on rutussa. Ja lisäksi kotigalaksimme on paljon aiemmin arvioitua isompi.

Havainnot eivät ole uusia, sillä nyt julkaistu tutkimus perustuu vuosituhannen alussa käynnistyneeseen Sloan Digital Sky Survey -kartoitukseen. Aineiston pohjalta saatiin jo vuonna 2002 selville, että Linnunradan tason ulkopuolella on tähtien muodostama paksu rengas. Tässä ei kuitenkaan ollut vielä kaikki…

"Rengas" on todellisuudessa osa Linnunradan kiekkoa eikä se itse asiassa edes ole rengas, vaan yksi galaksin ulkolaidan poimuista. Tutkimusta johtaneen Heidi Newbergin mukaan poimuja on vähintään neljä ja ne muuttavat käsityksemme Linnunradan olemuksesta. Se ei ole litteä tähtien ja kaasun muodostama kiekko, vaan sen reunat aaltoilevat.

Havaintoaineistoa on toistaiseksi melko kapeasta sektorista, mutta todennäköisesti poimuileva rakenne kiertää koko galaksin. Koska se on selkeästi osa Linnunradan kiekkoa, galaksimme läpimitta kasvoi kertaheitolla vähintään 50 prosentilla. Kun Linnunradan halkaisijaksi arvioitiin aikaisemmin noin 100 000 valovuotta, sillä onkin mittaa ainakin 150 000 valovuotta.

Kun Linnunradan keskuksesta matkataan ulommas, noin 50 000 valovuoden etäisyydellä tähtien lukumäärä vähenee selvästi. 60 000 valovuoden päässä niitä on taas enemmän ja tämä tihentymä miellettiin erilliseksi renkaaksi. Se on kuitenkin palanen poimusta, jossa osa tähdistä on Linnunradan tason yläpuolella ja osa alapuolella. Eikä tihentymä ole ainoa laatuaan.

Niille ehdittiin antaa jo nimiäkin, kuten Yksisarvisen ja Kolmion-Andromedan rengas, mutta kuten otsikkokuvan kaaviosta näkyy, ne ovat itse asiassa aaltoja. Ja niitä on ainakin neljä. Yksisarvisen renkaan sisäpuolella olevaa tihentymää pidettiin tovi hajonneen kääpiögalaksin jäänteenä, mutta tuore tutkimus paljasti myös sen todellisen luonteen.

Näyttääkö yllä oleva kuva jotenkin tutulta? Ei niinkään yksityiskohdiltaan, mutta jossain määrin väreiltään ja erityisesti yleisilmeeltään.

Tutuntuntuisuus ei ole mikään ihme, sillä Vincent van Goghin maalauksessa Tähtikirkas yö taivas on kuvattu kovasti samannäköisenä kuin Planck-luotaimen mittauksista kootussa kuvassa.   

Keväällä 1889 van Gogh – leikattuaan korvansa irti – kirjoittautui Saint-Paul-de-Mausolen "hullujenhuoneeseen", missä hän maalasi monet tunnetuimmista teoksistaan, muiden muassa juuri Tähtikirkkaan yön. Se vastaa van Goghin huoneen ikkunasta avautunutta näkymää, jonka hän ikuisti yli 20 maalaukseen. 

Öisen maiseman yllä kaartuvalla taivaalla näkyy Kuu sekä kirkkaimpana "tähtenä" Venus, joka on korkean sypressin oikealla puolella. Vincent kirjoitti kesäkuun alussa veljelleen Theolle, kuinka ennen auringonnousua taivaalla näkyy kirkas "aamutähti". Sittemmin on todettu, että Venus todella oli tuolloin aamutaivaalla. 

Tuskin, mutta teoreetikot – kenties Interstellar-elokuvan madonreikien innoittamina – ovat päätyneet siihen, että se on silti mahdollista. Ja jos Linnunrata tosiaan olisi hypoteesin mukainen kulkureitti, se olisi aiempien ajatusten mukaisten häilyvien madonreikien sijasta "vakaa ja kulkukelpoinen", kuten tutkijat asian ilmaisevat. 

Italialais-intialais-amerikkalainen tutkimusryhmä päätyi tieteistarinan juonikuviolta kuulostavaan tulokseen soveltamalla suhteellisuusteorian yhtälöitä ja alkuräjähdysmallia pimeän aineen jakaumaan Linnunradassa. Kun samaan soppaan sekoitetaan vielä aika-avaruuden tunnelit eli niin sanotut Einsteinin-Penrosen sillat, tutkijoiden mukaan laskelmat osoittavat, että Linnunrata voi olla valtaisa madonreikä.    

Periaatteessa ajatusta on mahdollista testata vertailemalla Linnunrataa yksityiskohtaisesti jonkin lähigalaksin, esimerkiksi Suuren Magellanin pilven kanssa, mutta toistaiseksi havaintotekniikka ei yllä lähellekään tarkkuutta, jota tällainen vertailu edellyttäisi. 

Tutkijaryhmää johtaneen Paolo Saluccin mukaan teoria tai pikemminkin hypoteesi voisi selittää pimeän aineen. Maailmankaikkeuden näkyvän aineen määrän moninkertaisesti päihittävän pimeän aineen selitykseksi on tarjottu erilaisia eksoottisia hiukkasia, ruskeita kääpiöitä ja jopa mustia aukkoja. Saluccin mukaan kyse voi kuitenkin olla "toisesta ulottuvuudesta", joka muodostaisi kulkureitin galaksista ja universumin kolkasta toiseen.

Tutkimus on julkaistu Annals of Physics -lehdessä ja epäilemättä sen tuloksiin tullaan suhtautumaan vankalla skeptisyydellä. phys.org-sivustolta löytyy simulaatio spekuloidusta madonreiästä. 

Laukaisun piti tapahtua 20. marraskuuta, mutta nyt lokakuun 22. päivänä pidetyssä kokouksessa päätettiin, että laukaisua siirretään alustavan arvion mukaan noin kuukaudella eteenpäin. Satelliitin muutamia osia tullaan vaihtamaan Kouroussa tehtyjen testien perusteella, sillä tutkijat sekä insinöörit haluavat olla varmoja siitä, että Gaia tulee toimimaan moitteetta avaruudessa.

Gaian tiedejohtaja, ESAssa työskentelevä Timo Prusti, ilmoitti asiasta tänään ja lupasi selvittää lykkäykseen johtuneita syitä lähipäivinä, kun laukaisun siirtämisestä aiheutuvat kiire hellittää.

Tällä sivulla seurataan laajemminkin Gaian valmistelua, laukaisua, käyttöönottoa avaruudessa ja ensimmäisiä tuloksia tästä alkaen, Kirjoittajina ovat Prustin lisäksi Gaian tutkijaryhmässä asteroidihavaintoja käsittelevän suomalaisryhmän vetäjä Karri Muinonen sekä ryhmän jäsenet ja Tiedetuubin Jari Mäkinen.

Otsikkokuvassa on jo Gaia testissä Kouroun puhdastilassa, missä Gaian suuri aurinkosuoja avattiin ja suljettiin viimeisen kerran ennen matkaan lähtöä. Tämän testin lisäksi Gaialle tehdään suuri joukko muita testejä, ja joissain näistä on löytynyt jotain. Löytö ei välttämättä ole varsinainen vika, vaan voi olla myös pelkkä epäilys siitä, että kaikki ei ole aivan kuten on suunniteltu.

Huima taivaan kartoittaja

Ensi alkuun kuitenkin tarkempi kuvaus siitä, mikä Gaia on: se on tarkasti tähtien paikkoja taivaalla mittaava avaruuskaukoputki, jonka tekemien havaintojen perusteella tähtitieteilijät tulevat tekemään tarkimman koskaan koostetun kartan taivaasta. Nykytekniikan avulla kartasta tulee kolmiulotteinen malli omasta galaksistamme sekä sen noin tuhannesta miljoonasta tähdestä.

"Monet sanovat, että tähtien kartoittaminen ei ole mitenkään seksikäs aihe, mutta he sanovat niin ennen kuin ovat kuulleetkaan Gaiasta ja siitä, mitä se pystyy tekemään", sanoo Timo Prusti.

"Gaia näkee tähtiä, jotka ovat noin 400 000 kertaa heikompia kuin voimme nähdä paljain silmin. Se pystyy määrittämään niiden sijainnin 24 mikrokaarisekunnin tarkkuudella, eli yhtä tarkasti kuin voisimme nähdä hiuksen noin 1000 kilometrin päästä."

Havaintojen avulla voidaan laskea lähimpien tähtien etäisyydet huimalla 0,001% tarkkuudella. Linnunradan keskustassa noin 30 000 valovuoden päässä olevien tähtien etäisyydet voidaan määrittää noin 20% tarkkuudella, mikä on huima parannus nykyiseen.

"Samalla kun Gaia tarkkailee taivaan tähtiä sekä niiden sijaintia, sijainnin muutosta ja kirkkautta paljon tarkemmin kuin mikään havaintolaite aikaisemmin, se tulee todennäköisesti löytämään satoja tuhansia uusia kohteita, kuten esimerkiksi muita tähtiä kiertäviä planeettoja, niin sanottuja ruskeita kääpiöitä (suutariksi jääneitä tähtiä, joiden massa ei riittänyt sytyttämään niissä energiaa tuottavaa fuusioreaktiota) sekä aurinkokunnassamme olevia pienkappaleita, asteroideja ja komeettoja."

Gaia pystyy myös löytämään tähtiä, jotka ovat itse asiassa olleet aikaisemmin pienemmissä galakseissa, jotka Linnunrata on hotkaissut sisäänsä. Tähtien liikeratojen tarkalla selvittämisellä voidaan myös paikansaa pimeää ainetta, jota ei pysty havaitsemaan suoraan, mutta jota näyttää olevan kaikkialla.

"Vaikka päähuomio onkin omassa Linnunradassamme sekä sen tähdissä, Gaia näkee myös satoja tuhansia muita galakseja", Prusti jatkaa. "Mittaamalla kvasaareita Gaian avulla saadaan myös testattua Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa paremmin kuin koksaan aiemmin."

Suomalaiset vastaavat Gaian keräämistä asteroidi- ja pienkappaletiedoista. Kun Gaia kartoittaa taivasta automaattisesti, se havaitsee samalla paljon Aurinkokunnassamme olevia kohteita, joiden joukossa tulee olemaan varmasti paljon aiemmin tuntemattomia kohteita. Koska Gaia katselee avaruuteen varsin kaukana avaruudessa, se näkee myös Maan radan sisäpuolelle paikkoihin, mihin maapallolla tai sen ympärillä olevat havaintolaitteet eivät näe.

Näitä kohteita etsitään ja paikannetaan suomalaistekoisella ohjelmistolla. Se on tehty Helsingin yliopiston observatoriossa, missä myös omituiset havainnot käsitellään. Voi siis olla, että tietojen joukosta löytyy myös uusia, mahdollisesti vaarallisiakin pienkappaleita, jotka voisivat törmätä Maahan!