perjantai 7. kesäkuuta 2013

Maailman standardimalli vahvistui

Litium syntyi maailmankaikkeuden 
alun nukleosynteesin aikana 
ja sen jälkeen sitä on vain 
kulunut tähtien tuhotessa 
sitä omissa prosesseissaan. 
Erityisesti vanhat tähdet ovat 
olleet ongelmallisia, sillä niissä 
havaittu litiumin määrä ei ole 
ollut teorian mukainen. 
Kuva Karin Lind ja 
Davide De Martin.

Edwin Hubble havaitsi kaukaisten galaksien etääntyvän toisistaan, katsottiinpa mihinkä suuntaan tahansa. Hänen 1920-luvulla tekemä havainto johti ajatukseen ja teoriaan maailmankaikkeuden alkuräjähdyksestä (mm. Georges Lemaître) 1930-luvun alkupuolella ja nyt se tunnetaan nimellä Big Bang. Tämä nimityksen maailmankaikkeuden alulle antoi kilpailevaa teoriaa kehittänyt Fred Hoyle ollessaan haastateltavana radiossa vuonna 1950. Nimitys tarttui silloisen median käyttämäksi yleisnimitykseksi maailmakaikkeuden synnystä.

Sen jälkeen ajatus kerran alkaneesta ja mahdollisesti jopa ikuisesti laajenevasta maailmankaikkeudesta on työllistänyt tutkijoita hyvin paljon. Tuhannet tutkijat ovat käyttäneet miljoonia ja taas miljoonia työtunteja miettiessään ja tutkiessaan maailmakaikkeuden syntyä ja luodakseen hyvän teorian tapahtumasta. Nykyisin teoria tunnetaan maailmankaikkeuden standardimallina, joka pystyy kuvaamaan niitä tapahtumia, joita tapahtui aivan ensimmäisen sekunnin murto-osien murto-osien aikana.

Standardimalli antaa ennusteen myös erilaisten alkuaineiden määrien syntymisen suhteista. Maailmankaikkeuden yleisimpien alkuaineiden, vedyn ja heliumin lisäksi syntyi myös pieni määrä litiumia. Havaitun litiumin määrä on kuitenkin osoittautunut hieman standardimaalista poikkeavaksi ja etenkin litium-6 ja litium-7 suhde vetyyn ja toisiinsa on ollut selvästi poikkeava standardimallinen ennusteeseen nähden. Aikaisemman havaintojen mukaan litum-6 näyttäisi syntyneen parisataa-kertaisesti  ja litium-7 vain 1/5 siitä, mitä standardimalli ennustaa.

Kosmologit ovat outoa porukkaa, poikkeama teorian ja havaintojen välillä alkaa kaihertaa heitä ja he panevat koko tutkimustarmonsa pienten yksityiskohtien hiomiseen, kunnes anomaliat on onnistuttu ratkaisemaan tavalla tai toisella. Niin tässäkin tapauksessa, kansainvälinen tutkijaryhmä on onnistunut ratkaisemaan litium-arvoituksen.

Tutkijaryhmä sai käyttöönsä Mauna Kealla sijaitsevan Keck-teleskoopin ja High Resolution Echelle eli HIRES-spektrografin. He ottivat erittäin tarkkoja spektrejä vanhoista tähdistä, joista aikaisemmin tehdyt havainnot osoittivat litium-pitoisuuksissa ja isotooppien määräsuhteissa poikkeamia. Havainnot näin himmeistä kohteista vaativat tuntikausien valotuksia ennen kuin fotoneja oli kertynyt riittävästi tarkan spektrin luomiseen.

HIRES-spektrografi oli uudistettu hiljattain ja sen valoa kokoavat kuvakennot oli vaihdettu piiseleiltään pienempiin. Tämä muutos oli oleellinen havaittujen spektrien tarkkuudelle ja muutoksen myötä myös litium-ongelma näyttää saaneen ratkaisunsa. Litiumisotooppien suhde toisiinsa ja vetyyn nähden osoittautui standardimallin mukaisiksi. Aikaisemmat epätarkemmat mittaukset ja epäherkemmät laitteet olivat luoneet illuusion epäsuhdasta teorian ja todellisuuden välille.

Kansainvälistä tutkimusryhmää johtaa Karin Lind Cambridge yliopistosta. Tutkimuksesta kertoi Phys.org -verkkojulkaisu ja raportti tutkimuksesta julkaistiin kesäkuun 6. päivänä ilmestyneessä Journal Astronomy & Astrophysics -tiedejulkaisussa.