Planck-satelliitin ensimmäiset tulokset ovat lupaavia

Euroopan avaruusjärjestön (ESA) Planck-satelliitin päätehtävä on tutkia maailmankaikkeuden varhaisvaiheita. Satelliitti sijaitsee maa-aurinko-systeemin ns. toista Lagrangen pistettä (L2) kiertävällä radalla, puolentoista miljoonan kilometrin päässä maasta.

Planck laukaistiin avaruuteen 14. toukokuuta 2009. Laukaisun jälkeen sen instrumentteja jäähdytettiin, koska niiden tarkoitus on havaita äärimmäisen pieniä, jopa vain yhden miljoonasosa-asteen suuruisia, kosmisen taustasäteilyn lämpötilan vaihteluja. Näin suuren herkkyyden saavuttamiseksi mittalaitteet on jäähdytettävä äärimmäisen kylmiksi, osa laitteista vain asteen kymmenesosan päähän absoluuttisesta nollapisteestä (-273.15 Celsius-astetta eli nolla Kelvin astetta, 0 K).

Mikroaaltotaivaan ensimmäinen, kaksi viikkoa kestänyt kartoitusjakso aloitettiin 13. elokuuta. Tällöin varmistettiin mittalaitteiden vakaus ja kyky säilyttää suuri tarkkuus pitkän ajan kuluessa. Kartoitusjakso päättyi 27. elokuuta, ja tuloksena saatiin nyt julkistetut kartat taivaankaistaleista kullakin Planckin yhdeksästä mittaustaajuudesta. Kukin kartta on noin 15 astetta leveä rengas, joka kiertää koko taivaan ympäri. Alustavan analyysin perusteella mittaustulokset ovat laadultaan erinomaisia. Tämä lupaa hyvää juuri aloitetulle koko taivaan kartoitukselle.

Kartoissa näkyy kosmisen taustasäteilyn lisäksi omasta galaksistamme, Linnunradasta, lähtevää mikroaaltosäteilyä. Jotta nämä voitaisiin erottaa toisistaan, säteily on mitattava monella eri taajuudella. Planckissa näitä taajuuskanavia on yhdeksän.

Planckin havaintojen analyysi on monivaiheinen ketju, johon osallistuu suomalaisia tutkijoita Helsingin yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitoksilta, Fysiikan tutkimuslaitoksesta (Helsinki Institute of Physics, HIP), TKK:n Metsähovin radiotutkimusasema ja Turun yliopiston Tuorlan observatoriosta.

Analyysin ensimmäinen vaihe on mittausten kalibraatio, eli mittalaitteista tulevan signaalin muuttaminen säteilylämpötilaksi. Seuraava vaihe on taivaankarttojen koostaminen havainnoista kullakin mittaustaajuudella (taajuuskartat). Tässä on oleellista mittalaitteiden kohinan vaikutuksen mahdollisimman hyvä poistaminen tilastomatemaattisin menetelmin. Matalataajuusinstrumentin LFI:n osalta tämä taajuuskarttojen koostaminen on Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella ja Fysiikan tutkimuslaitoksella toimivan tutkimusryhmän vastuulla. Nyt julkaistut tulokset ovat näitä taajuuskarttoja.

Seuraava analyysivaihe on komponenttien erottelu, missä taajuuskarttoja toisiinsa vertailemalla erotetaan niistä kosmisen taustasäteilyn ja oman galaksimme osuus, ja saadaan komponenttikartat: kosmisen taustasäteilyn kartta ja galaksimme eri mikroaaltolähteitä kuvaavat komponenttikartat. Tietoa maailmankaikkeuden alkuvaiheista saadaan analysoimalla tätä kosmisen taustasäteilyn karttaa, joka näyttää meille varhaisen maailmankaikkeuden rakenteen.

Välittömästi tämän ensimmäisen kartoitusjakson jälkeen Planck aloitti varsinaisen taivaankartoitustehtävänsä, jonka on tarkoitus kestää vähintään 15 kuukautta. Ensimmäiset koko taivaan kartat saadaan runsaan 6 kuukauden jälkeen. Koko taivas kartoitetaan 15 kuukauden aikana kaksi kertaa. Planckin suuren herkkyyden täysimittainen hyödyntäminen tulee vaatimaan havaintojen hyvin huolellisen analyysin, johon on varattu vielä kaksi vuotta. Odotettavissa on kosmologisen ja tähtitieteellisen tiedon aarreaitta, josta on hyötyä tutkijoille kymmenien vuosien ajan.

Planck on ensimmäinen eurooppalainen satelliitti, jonka tehtävänä on tutkia alkuräjähdyksestä peräisin olevaa kosmista mikroaaltotaustasäteilyä. Sitä on edeltänyt kaksi amerikkalaista satelliittia, COBE ja WMAP. Planckin mittaukset tulevat olemaan noin kolme kertaa tarkempia kuin WMAPin.

Satelliitin instrumentit on valmistettu eri maissa, ja niissä on käytetty kahta eri teknologiaa. Kolmen alimman taajuuden, 30, 44 ja 70 GHz, mittalaitteet ovat radiovastaanottimia ja muodostavat ns. matalataajuusinstrumentin (Low Frequency Instrument, LFI). Planckin 70 gigahertsin taajuuden mittalaitteet on suunniteltu ja rakennettu Suomessa. Työtä johti VTT:n ja TKK:n MilliLab. Rakentamisesta vastasi DA Design Oy. Kuutta korkeinta taajuutta havaitaan ns. bolometreilla, jotka muodostavat vastaavasti korkeataajuusinstrumentin (High Frequency Instrument, HFI).

ESAn lehdistötiedote ja kuvia Planckin tuottamista mikroaaltotaivaan kartoista: www.esa.int/SPECIALS/Planck/SEM5CMFWNZF_0.html

http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=45543

Lisätietoja:
Hannu Kurki-Suonio, Helsingin yliopiston fysiikan laitos, 191 50752 ja 040 543 7877, hannu.kurki-suonio@helsinki.fi

Elina Keihänen, Helsingin yliopiston fysiikan laitos, 191 50674, elina.keihanen@helsinki.fi

Torsti Poutanen, Fysiikan tutkimuslaitos, 044 290 7489, torsti.poutanen@helsinki.fi

Helsingin yliopiston Planck-verkkosivut: www.helsinki.fi/~tfo_cosm/tfo_planck.html

Metsähovin radiotutkimusaseman Planck-sivut: www.metsahovi.fi/fi/planck/

Ystävällisin terveisin

Minna Meriläinen, tiedottaja, (09) 191 51042