Kosmologisia etäisyyksiä voi laskea yksinkertaisesti yhteen

Arkielämässä suoraa viivaa pitkin mitattu etäisyys pisteestä A pisteeseen C on yhtä suuri kuin etäisyys A:sta B:hen plus etäisyys B:stä C:hen. Aika-avaruudessa mitattujen kosmologisten etäisyyksien tapauksessa tämä ei välttämättä pidä paikkaansa. Tämä yksinkertainen yhteenlaskusääntö voi olla väärin ainakin kahdesta syystä.

Ensinnäkin avaruus voi olla kaareva eikä tasainen. Toisekseen voi olla, että maailmankaikkeutta ei voi approksimoida homogeenisena ja isotrooppisena, kuten yleensä oletetaan - epätasaisuudet voisivat siis vaikuttaa etäisyyksien yhteenlaskuun.

- Avaruuden olettaminen täysin samanlaiseksi kaikissa paikoissa ja suunnissa on eräs maailmankaikkeuden tutkimisen tukipilareita. Sen vakautta pitää testata tarkkaan, sanoo kosmologi Syksy Räsänen Helsingin yliopistosta.

Jos me olemme pisteessä A, niin pisteessä C olevan kaukaisen kohteen etäisyyden meistä voi mitata tyypin Ia supernovien avulla. Mitä himmeämpi supernova, sitä kauempana se on. Tällä perusteella pääteltiin vuonna 1998 maailmankaikkeuden laajenemisen kiihtyminen, ja siitä myönnettiin fysiikan Nobelin palkinto vuonna 2011. Se, mikä oli eturintamaa 17 vuotta sitten, on nyt rutiinia: etäisyyksien määrittäminen supernovien avulla on helppoa.

Tutkijat käyttivät hyväkseen valoa taittavien galaksien painovoimaa

Vaikeampaa on mitata supernovan etäisyys jostakin kohteesta, jossa me emme ole, eli pisteiden B ja C välinen etäisyys. Se on kuitenkin mahdollista käyttämällä hyväksi sitä, miten galaksien painovoima taittaa valoa. Kun valonsäde kulkee galaksin läheltä, galaksi vetää valoa puoleensa ja siten taittaa sen sädettä. Valon taipumiskulma on verrannollinen galaksin ja lähteen väliseen etäisyyteen.

Tutkijat eivät työssään löytäneet mitään todisteita poikkeamille homogeenisuus- ja isotrooppisuusapproksimaatiosta. He eivät myöskään löytäneet todisteita siitä, että avaruus olisi kaareva. Työssään he rajoittivat sitä, kuinka kaareva avaruus voi olla.

Viite:

Syksy Räsänen, Krzysztof Bolejko, Alexis Finoguenov, New Test of the Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker Metric Using the Distance Sum Rule, Physics Review Letters, http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.101301

Kuvan copyright: ESA/Hubble & NASA

Lisätietoja antaa Syksy Räsänen, Helsingin yliopiston fysiikan laitos, puhelin 045 635 7214,syksy.rasanen@helsinki.fi

Ystävällisin terveisin
Minna Meriläinen-Tenhu, 050 415 0316, @MinnaMeriTenhu