Harvinainen gravitaatiolinssi näyttää kaukaisen supernovan viitenä kuvana

Yli kymmenen miljardin valovuoden päässä Maasta sijaitsevan Winny-supernovan räjähdys voi tuottaa uutta tietoa maailmankaikkeuden laajenemisvauhdista.

Gravitaatiolinssi on kosminen ilmiö, jossa painovoima taivuttaa valoa ikään kuin vahvistaen sitä optisen linssin tavoin. Viime vuonna havaittu gravitaatiolinssi antoi meille kuvan kaukaisesta supernovasta, joka nimettiin Winnyksi.

 

Satelliittikuva näyttää Winny-supernovan räjähdyksen valon taittuvan viiteen kertaan (A-E) kahden gravitaatiolinssinä toimivan galaksin (G1 ja G2) voimasta. Kuva: SN Winny Research Group.

Havainnon teki kansainvälinen HOLISMOKES -yhteistyöverkosto , jonka Kaliforniassa sijaitseva The Zwicky Transient Facility -observatorio havaitsi supernovan ensimmäisenä.

Tutkijatohtori Stefan Schuldt huomasi Winnyn valon kulkeutuneen gravitaatiolinssin kautta. Tarkempien havaintojen tekoa jatkettiin Suomen ja muiden Pohjoismaiden ylläpitämällä Nordic Optical -teleskoopilla (NOT). Se paljasti kohteen olevan hyvin harvinainen supernovatyyppi ja sijaitsevan yli 10 miljardin valovuoden etäisyydellä Maasta.

Tämä on poikkeuksellisen suuri etäisyys havaitulle supernovalle. Tähtitieteilijät mittaavat tällaisia etäisyyksiä sen perusteella, kuinka paljon valo on venynyt ja punasiirtynyt matkansa aikana maailmankaikkeuden laajenemisen vuoksi. Näin ilmaistuna galaksin etäisyys vastaa punasiirtymää 2,01.

Gravitaatiolinssissä kaukaisesta kohteesta, kuten supernovasta, tuleva valo kohtaa toisen galaksin kulkureitillään kohti Maata. Silloin lähemmän galaksin gravitaatiokenttä toimii linssinä, joka taivuttaa ja vahvistaa kauempaa tulevaa valoa. Samalla valo taipuu linssissä niin, että Winny näkyy sen kautta viitenä erillisenä kuvana. 

Supernovaräjähdyksien monistamat kuvat gravitaatiolinsseissä [1] ovat erittäin harvinaisia. Ennen viime vuonna tehtyä havaintoa tunnettiin vain kaksi tapausta, joissa yksittäinen galaksi aiheutti linssin – eikä kumpikaan niistä soveltunut kosmologisiin tutkimuksiin.

Winnyn kohdalla tilanne on toisin.

”Gravitaatiolinssi taittoi Winnyn räjähdyksen tuottaman valon maapallolle viittä eri reittiä. Samalla jokainen niistä on hieman eri mittainen”, selittää tohtori Stefan Schuldt. Hän työskentelee tutkijatohtorina Suomen ESO-yhteistyön tähtitieteen keskuksessa ja Helsingin yliopistossa. Schuldt on mukana myös HOLISMOKES-yhteistyössä.

”Reittien aikaerojen ansiosta voimme mitata maailmankaikkeuden laajenemisnopeutta”, hän jatkaa.

Ensimmäisissä havainnoissa Winnystä saatiin vain neljä kuvaa, mutta tuoreimmat havainnot ovat paljastaneet viidennen. Se on ratkaisevan tärkeä, sillä useampi reitti antaa lisätietoa maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden entistä tarkempaan mittaamiseen. Laajenemisnopeutta kuvataan Hubblen vakiolla, mutta sen tarkasta arvosta on ristiriitaisia laskemia.

”Gravitaatiolinssin antamat viisi kuvaa Winnysta antavat lisätietoa aiheesta”, arvio Schuldt.

Tämän erikoislaatuisen järjestelmän lisäanalyysi on nyt käynnissä. Tavoitteena on uusi, riippumaton Hubblen vakion mittaus mahdollisesti vielä tämän vuoden kuluessa.

Winny-supernovasta kertova tuore artikkeli on julkaistu Astrophysics and Astronomy -lehdessä.

…

[1] Gravitaatiolinssit – harvinaisuus vai yleinen ilmiö?

KAK – Helsingin yliopiston tiedote (19.2.2026) totesi, että gravitaatiolinssit olisivat “erittäin harvinaisia” ja että ennen viime vuoden havaintoa tunnettiin “vain kaksi” linssitapausta. Tämä saattaa olla kuitenkin hieman harhaanjohtavaa, sillä linssit yleensä ovat varsin yleinen ilmiö. 

Kaavio gravitaatiolinssin synnystä. Valon kulkureitti kaareutuu massiivisen kohteen ohituksessa.  Oranssit nuolet osoittavat taustalähteen näennäisen sijainnin. Valkoiset nuolet osoittavat valon kulkureitin lähteen todellisesta sijainnista. Riippuen gravitaatiolinssin muodosta tuloksena voi olla kaukaisemman kohteen kuva, jonka muoto voi olla rengas, pisteitä ja osittaisia kaaria. Kuva hubblesite.org/archive/2000/07 via en.wikipedia.

Tiedotteessa ei tarkoitetut kaikkia gravitaatiolinssejä, vaan nimenomaan galaksien aiheuttamia linssejä, joissa kaukaisesta supernovasta syntyy useita erillisiä kuvia. Winny-supernovan tapauksessa havaittiin viisi monistunutta kuvaa. Aiemmin vastaavia galaksin aiheuttamia linssejä tunnettiin vain muutamia (esim. SN iPTF16geu ja SN Zwicky) – siksi tiedotteessa kerrotiin kahdesta tapauksesta.

Gravitaatiolinssi syntyy, kun massiivinen etualan objekti (galaksi tai galaksiryhmä) taivuttaa taustalla olevan kohteen valoa ja monistaa kuvan. Yleisimmillään havaitaan pitkiä kaaria tai Einsteinin renkaita kaukaisten galaksien ympärillä. Tällaisia kohteita on havaittu satoja ja uusia löydetään koko ajan.

Jo vuonna 2021 yhdistelmätutkimus (DESI Legacy Imaging Surveys) löysi yli 1 200 uutta gravitaatiolinssiä, moninkertaistaen silloin tunnettujen (~300) linssien määrän. Käytännössä tunnettuja ja vahvistettuja linssijärjestelmiä on tuhansia (ja määrä kasvaa jatkuvasti) ja linssi-ilmiöitä saattaa olla jopa 500 000.

Yleisissä kartoissa linssien osuus on pieni: esimerkiksi vain ~1/10 000 suurista galakseista toimii voimakkaana linssinä. Siksi yksittäiset linssijärjestelmät eivät ole arkipäivää, mutta kun taivaalta katsotaan miljoonia galakseja, linssikohtia kertyy paljon.

Käyttämällä pieniä syvän taivaan otoksia koko taivaalle laajennettuna on saatu arvioita gravitaatiolinssi-ilmiön kokonaismääristä. Esimerkiksi NASA:n COSMOS-tutkimus havaitsi 1,6 neliöasteen alueelta 67 linssiä, josta päättelemällä koko taivaalla voisi olla noin 0,5 miljoonaa vastaavaa kohdetta.

Tulevat laajat kartoitusprojektit ennustavat kymmeniä tuhansia uusia havaintoja: ESA:n Euclid-teleskooppi löytää arviolta 100 000 galaksilinssejä koko taivaalta, Rubin Observatory (LSST) noin 60 000 – 120 000 ja Roman-teleskooppi vielä noin ~160 000 linssiä. Nämä ennusteet todistavat, että linssijärjestelmiä odotetaan löytyvän useita kymmeniä tai satoja tuhansia.

 

Lähteet:

Winny-tutkimuksen tiedote Helsingin yliopistolta;

Sachs, Huang ym. 2021 (noirlab/AURA); Linkki

NASA Hubble/COSMOS-linssitutkimus; Linkki

Euclid-, LSST- ja Roman-määräennusteet. Linkki

 

Aalto-yliopiston tutkijat selvittivät maailmankaikkeuden saloja James Webb -avaruusteleskoopin avulla

KAK – Aalto-yliopiston tutkijat ovat osallistuneet kahteen merkittävään kansainväliseen tutkimukseen, joissa James Webb -avaruusteleskooppia hyödynnetään maailmankaikkeuden salojen selvittämisessä.

Varhaisten galaksien kuvaus ja galaksiryhmien luettelo

Ensimmäisessä tutkimuksessa [2], joka on osa COSMOS Web -hanketta, kuvattiin maailmankaikkeuden varhaisimpia galakseja ja julkaistiin laajin koskaan koottu luettelo galaksiryhmistä ja -joukoista.

ESAn kuukauden kuvaksi huhtikuussa valittu kuva galaksiryhmästä on 6,6 miljardin vuoden takaa, 7,3 miljardin valovuoden etäisyydeltä.

Tutkijat havaitsivat 1 678 galaksiryhmää tai niiden esiastetta, mikä tarjoaa ennennäkemättömän näkymän galaksien kehitykseen viimeisen 12 miljardin vuoden ajalta. Tutkimus julkaistiin Astronomy & Astrophysics -lehdessä, ja sen tulokset valittiin Euroopan avaruusjärjestö ESA:n kuukauden kuvaksi.

James Webb -avaruusteleskooppi, joka aloitti toimintansa vuonna 2022, mahdollistaa galaksien havainnoinnin sellaisina kuin ne olivat, kun maailmankaikkeus oli alle miljardin vuoden ikäinen. Galaksiryhmät ja -joukot ovat tiheitä alueita, joissa on paljon pimeää ainetta, kuumaa kaasua ja jättimäisiä keskusgalakseja. Galaksit muodostavat kosmista verkkoa, jossa ne vuorovaikuttavat ja sulautuvat toisiinsa, mikä vaikuttaa niiden evoluutioon.

Pimeän aineen kartoitus ja sen rooli maailmankaikkeudessa

Toisessa tutkimuksessa [3] Nasan vetämä ryhmä kartoitti pimeän aineen [1] vaikutusta galaksien, tähtien ja planeettojen syntyyn. Tutkijat loivat ennennäkemättömän yksityiskohtaisen pimeän aineen kartan Sekstantin tähdistön alueelta, joka paljastaa, kuinka pimeä aine limittyy ja kietoutuu tavalliseen aineeseen. Karttaan tallentui lähes 800 000 galaksia, ja se on kaksi kertaa tarkempi kuin Hubble-teleskoopin aikaisempi kartta.

Kuva näyttää pimeän aineen jakautumisen samalla taivaan alueella. Kuvat ovat otettu Nasan Webb-teleskoopilla 2026 (oikealla) ja Hubblen avaruusteleskoopilla 2007 (vasemmalla). Kuva: NASA/STScI/A. Pagan.

Pimeä aine muodostaa noin 27 prosenttia maailmankaikkeudesta, kun taas tavallinen aine vain noin 5 prosenttia. Tutkimus osoittaa, että pimeä ja tavallinen aine ovat aina olleet samassa paikassa ja kasvoivat yhdessä. Pimeä aine alkoi kasautua ensin, vetäen tavallista ainetta kasaan ja luoden alueita, joissa tähtien ja galaksien muodostuminen oli mahdollista. Tutkimus on julkaistu Nature Astronomy -lehdessä.

Aalto-yliopiston tutkijatohtori Ghassem Gozaliasl on osallistunut molempiin tutkimuksiin, joissa on selvitetty pimeän aineen roolia, galaksien vuorovaikutusta sekä niiden massojen ja sijaintien kartoitusta.

James Webb -teleskooppi on mahdollistanut ennennäkemättömän tarkat havainnot, jotka auttavat ymmärtämään maailmankaikkeuden kehitystä ja rakenteita. Tutkimukset paljastavat myös, kuinka galaksien ulkonäkö muuttuu kosmisen ajan mukana: kaukaisissa galakseissa tähtien muodostus on aktiivista ja niiden muodot epäsäännöllisiä, kun taas lähempänä nykyhetkeä tähtien muodostus tukahtuu ja galaksien muodot muuttuvat säännöllisemmiksi.

Lähteet

Aalto-yliopiston tiedotteet 28.4.2025 ja 26.1.2026.

 

Viitteet

[1] Pimeä aine on näkymätöntä (ei emittoi sähkömagneetista säteilyä – valoa), mutta sen gravitaatio vaikuttaa tavalliseen aineeseen. Näkymättömän sitä ei voida nähdä suoraan, mutta sen olemassaolo paljastuu esimerkiksi galaksien pyörimisnopeuksista ja valon kulkureitin taipumisena (gravitaatiolinssi-ilmiö).

Pimeä aine muodostaa noin 27 prosenttia maailmankaikkeuden kokonaismassasta ja -energiasta. Se on siis yksi maailmankaikkeuden pääkomponenteista tavallisen aineen (5 %) ja pimeän energian (noin 68 %) rinnalla. Tutkijat kartoittavat pimeää ainetta mittaamalla sen gravitaation vaikutuksia.

[2] The COSMOS-Web deep galaxy group catalog up to z = 3.7; https://arxiv.org/pdf/2501.09060

[3] Scognamiglio, D., Leroy, G., Harvey, D. et al. An ultra-high-resolution map of (dark) matter. Nat Astron (2026). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02763-9 (maksullinen).