Kosmologisten mallien kelpoisuutta koetellaan aurinkokunnan skaalassa (Väitös: FM Kaisa Henttunen 18.4.2015, tähtitiede)

Turun yliopiston tiedote 10.4.2015

​Laajojen kosmologisten havaintoprojektien myötä 1990-luvun lopulla alkoi käydä selväksi, että maailmankaikkeutemme kuvaileminen vaatii myös kylmän pimeän aineen sekä pimeän energian huomioimista. Pimeän energian selittäjämalleja on olemassa runsaasti, mutta ilmiötä on hankalaa mitata niin tarkasti, että voisimme päättää mikä malli kuvaa havaintoja parhaiten.

Turun yliopistossa väittelevä Kaisa Henttunen on tarkastellut tutkimuksessaan yleistettyjen gravitaatiomallien soveltuvuutta muun muassa auringon kaltaisten tähtien kuvaamiseen. Yleistetyt gravitaatioteoriat ovat yksi tapa, jolla pyritään selittämään pimeän energian vaikutusta eli maailmankaikkeuden kiihtyvää laajenemista.

– Gravitaatioteorioita on viime vuosina tutkittu runsaasti kosmologisten ilmiöiden kuvaajina. Vakiintunut painovoimateoria eli yleinen suhteellisuusteoria on pysynyt pätevänä mallina, vaikka mittaustulokset ovat tarkentuneet sadan vuoden aikana huomattavasti. Sen kosmologisen mallin, jonka tarkoituksena on kuvata pimeän energian käyttäytymistä, täytyy siksi olla yleisen suhteellisuusteorian kanssa yhtäpitävä aurinkokunnan mittakaavassa, kertoo Henttunen.

Mittaustulosten ja mallien vertaamiseen tarvitaan numeerisia menetelmiä

Yksinkertaisimmassa, yleisen suhteellisuusteorian muodossa käsitellyt kosmologisten mallien matemaattiset kuvaukset ovat epälineaarisia osittaisdifferentiaaliyhtälöitä.

– Tutkimuksessani tarkasteluun otettujen, yleistä suhteellisuusteoriaa yleisempien teorioiden kosmologisina malleina käyttäminen hankaloittaa edelleen ratkaisujen löytämistä. Kun näitä matemaattisia malleja sovelletaan rajoitetusti vain tiettyyn ilmiöön, voidaan gravitaatiomallin painovoimailmiöitä verrata aurinkokunnasta mitattuihin arvoihin. Tämä on ollut mahdollista vain käyttämällä numeerisia menetelmiä. Tässä väitöskirjatyössä työssä ovat laskentakoodin kirjoittaminen, testaus ja tulosten analysointi olleet suurimmassa osassa, Henttunen toteaa.

Henttusen tutkimuksessa on verrattu supernovahavaintoja sekä tähdistä mitattavia arvoja kosmologisista malleista laskettuihin arvoihin.

– Vertailussa olemme pystyneet toteamaan tarkasteltuja havaintoja vastaavat parametrialueet sekä löytämään mielenkiintoisia ilmiöitä mallien käyttäytymisessä. Nämä ilmiöt liittyvät neljän tutkimamme yleistetyn gravitaatioteorian ominaisuuksiin sekä tähtien sisällä että pinnalla. Malli ei esimerkiksi perusmuodossaan toteuta kaikkia tarkasteltuja yleisen suhteellisuusteorian mukaisia tähtiratkaisuja. Näin ollen tältä yleistelyltä gravitaatioteorialta vaaditaan joko monimutkaisempaa rakennetta tai sitten se ei pysty selittämään näitä havaintojen mukaisia tähtimalleja, selittää Henttunen.

Viimeksi tutkittua mallia käytetään edelleen yleisesti gravitaatioteorioiden tutkimuksessa, sillä siinä on yhtymäkohtia muihin yleistettyihin gravitaatioteorioihin.

– Onkin siis tärkeää selvittää kelpaako malli havaitun kaltaisten tähtien selittämiseen. Jatkotutkimuksessa onkin tarkoitus selvittää miten tämän gravitaatiomallin rakenteen muuttaminen vaikuttaa tarkasteltuihin tähtisysteemeihin, Henttunen lupaa.

**

Lauantaina 18. huhtikuuta 2015 kello 12 esitetään Turun yliopistossa (Turun yliopisto, Quantum, Quantumin Auditorio, Turku) julkisesti tarkastettavaksi FM Kaisa Henttusen väitöskirja Numerical Studies of Dark Energy Models and Observations (Pimeän energian mallien ja havaintojen numeerisia tutkimuksia). Virallisena vastaväittäjänä toimii professori Tomi Koivisto Nordic Institute for Theoretical Physics -instituutista Tukholmasta ja kustoksena professori Sabrina Maniscalco Turun yliopistosta.

FM Kaisa Henttunen on syntynyt 1978 Oulussa ja kirjoittanut ylioppilaaksi vuonna 1997 Madetojan musiikkilukiosta Oulusta. Filosofian maisteriksi Henttunen valmistui 2005 Turun yliopistosta. Väitös kuuluu tähtitieteen alaan.

Väitöskirjan myynti: Turun yliopiston verkkokauppa UTUshop, https://utushop.utu.fi/c/2-annales-universitatis-turkuensis/