Turun yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitos on partneri kansainvälisessä Gravitational-wave Optical Transient Observer (GOTO) -projektissa, joka on tärkeässä roolissa gravitaatioaaltojen uusimmassa tutkimuksessa. GOTO-observatorio koostuu vastakkaisilla puolilla maapalloa sijaitsevista kahdesta samanlaisesta teleskooppijärjestelmästä, jotka jäljittävät voimakkaista kosmisista tapahtumista syntyvien gravitaatioaaltojen lähteitä.

Kansainvälinen GOTO-konsortio koostuu kymmenestä partnerista eri puolilla maapalloa, yhtenä näistä Turun yliopisto. Yhteistyön tavoitteena on toimia gravitaatioaaltojen havaintoasemien ja niiden löytämiä kohteita havaitsevien observatorioiden välillä. Konsortion teleskoopeilla odotetaankin olevan tärkeä rooli gravitaatioaaltojen lähteiden etsimisessä.

Väreitä aika-avaruudessa

Gravitaatioaaltojen olemassaolo ennustettiin ensimmäisen kerran jo Albert Einsteinin yleisessä suhteellisuusteoriassa. Ne saavat syntynsä eräissä universumin voimakkaimmista tapahtumista, kun kaksi neuronitähteä tai mustaa aukkoa törmäävät ja sulautuvat yhteen. Neuronitähdet ja mustat aukot itsessään syntyvät tähtien räjähdyksissä, supernovissa, jotka ovat aktiivinen tutkimusalue Turun yliopistossa.

Gravitaatioaalloista tehtiin ensimmäinen suora havainto vuonna 2015, jonka jälkeen tutkijat ovat tehneet gravitaatioaaltohavaintoja useita kertoja. Observatorioiden mahdollisuudet rajoittuvat gravitaatioaallon vaikutusten havaitsemiseen sen ohittaessa meidät, mikä tekee sen lähteen tarkan sijainnin selvittämisestä vaikeaa. Tämä on kuin huomaisi tärinästä tien pinnassa, että rekka on ajanut ohi ja yrittäisi paikantaa sen tulosuunnan pelkästään tämän perusteella.

Näkyvän valon signaalit gravitaatioaaltotapahtumista hiipuvat pois vain muutamassa päivässä, joten niiden havaitsemisessa täytyy olla nopea. GOTO:lla on tärkeä rooli juuri tässä: suurten taivaan alueiden nopea skannaaminen kasvattaa mahdollisuuksia löytää näitä näkyviä signaaleja. Kun kohteen sijainti taivaalla on tiedossa, joukko muita teleskooppeja, satelliitteja ja instrumentteja voidaan suunnata sitä kohti tarkempien tietojen keräämiseksi.

– Gravitaatioaaltojen havaintolaitteet eivät kykene paikantamaan tarkasti väreilyn lähdettä, joten teleskooppeja ei pystytä kohdistamaan oikeaan suuntaan. Gravitaatioaaltoja havaitsevat observatoriot ovat kuin korvat, jotka kuulevat tapahtuman, ja teleskoopit kuin silmät, jotka ovat valmiit näkemään sen valon eri aallonpituuksilla. GOTO puolestaan on niiden välissä oleva osa, joka kertoo, minne katsoa, sanoo GOTO:n johtava tutkija professori Danny Steeghs Warwickin yliopistosta.

Turun yliopiston tutkijoilla on käytössään huipputeknologiaa olevat teleskoopit La Palmalla sekä eteläisellä pallonpuoliskolla Chilessä Euroopan eteläisen observatorion (ESO) kautta. Tämä varmistaa, että GOTO-teleskooppien tekemät havainnot siirtyvät nopeasti muille teleskoopeille mahdollisimman suuren tietomäärän keräämiseksi niistä eri tekniikoin.

– Pohjoismaisen optisen teleskoopin (NOT) omistajana Turun yliopisto on hyvin sitoutunut havaitsevan tähtitieteen tutkimukseen. Mahdollisuus hyödyntää myös muita La Palmalla sijaitsevia teleskooppeja kuten GOTO:a on samalla tavoin tärkeää niin yliopistollemme kuin tähtitieteen tutkijoillemme, sanoo Turun yliopiston tutkimuksesta vastaa vararehtori, professori Kalle-Antti Suominen.

– Turun yliopiston tuki niin GOTO- kuin NOT-teleskoopeille on mahdollistanut sen, että olemme tutkimuksen etulinjassa tällä hyvin kilpaillulla alalla, lisää tähtitieteen professori Seppo Mattila Turun yliopistosta.

Prototyyppijärjestelmän onnistuneen testaamisen jälkeen La Palmalla, Espanjan Kanariansaarilla, otetaan nyt käyttöön selvästi laajennettu, toisen sukupolven laitteisto.

La Palmalla onkin jo toiminnassa kaksi teleskooppijärjestelmää, joista kumpikin koostuu kahdeksasta erillisestä 40 sentin teleskoopista. Yhdessä nämä 16 teleskooppia kattavat hyvin suuren alueen taivasta 800 miljoonan pikselin digitaalisilla sensoreilla, minkä ansioista järjestelmän on mahdollista skannata koko näkyvä taivas muutaman yön välein.

Nämä automaattiset järjestelmät valvovat itsenäisesti taivasta jatkuvasti, keskittyen tiettyihin alueisiin saadessaan hälytyksiä mahdollisista gravitaatioaaltotapahtumista.

Vastaavasti, tutkijat valmistelevat Australiassa Siding Spring -observatoriolla paraikaa laitteistoa, joka tulee sisältämään samanlaiset 16 teleskoopista koostuvat kaksi teleskooppijärjestelmää kuin La Palmalla. Suunnitelmana on, että molemmat laitteistot ovat käytössä vielä tämän vuoden puolella ja valmiina vuonna 2023 alkavaa seuraavaa LIGO/Virgo -observatorioiden gravitaatioaaltojen havaintojaksoa varten.

– On äärimmäisen jännittävää olla mukana näin nopeatempoisella ja uudella tutkimusalalla. Turun yliopiston osallistuminen GOTO:n toimintaan on ainutlaatuista Suomessa ja tarjoaa tutkimusryhmällemme ja tuleville opiskelijoille tulevina vuosina upean mahdollisuuden olla osallisina tärkeissä löydöissä, sanoo yliopistotutkija Rubina Kotak, Turun yliopiston edustaja GOTO:n ohjausryhmässä.

Aamuset-kaupunkimedia (AKM)