Taivaalla näkyvät tähdistöt ovat kiehtoneet ihmisiä esihistoriallisista ajoista lähtien. Tähtikuvioita käytettiin tarinoiden ja myyttien lähteenä, ja jopa avuksi tulevaisuuden ennustamiseen.
Nykyaikainen tähtitiede mursi tähdistöjen taianomaisen lumon ja osoitti, että tähdistöt ovat vain satunnaisia rakenteita, joissa tähdet näyttävät olevan samalla suunnalla taivaalla, mutta todellisuudessa niiden väliset etäisyydet voivat olla hyvinkin suuria. Koska tähdet liikkuvat taivaalla, uusia tähdistöjä syntyy koko ajan samalla kuin vanhat tähdistöt hajaantuvat.
Viime vuosina toinenkin kummallinen kaava, joka liittyy kirkkaiden kääpiögalaksien ratoihin Linnunradan ympärillä, on herättänyt tähtitieteilijöiden ja fyysikoiden mielenkiinnon. Kuuluisa ja jo edesmennyt tähtitieteilijä Professori Donald Lynden-Bell huomasi Cambridgessä jo 1970-luvulla, että kääpiögalaksit näyttävät sijaitsevan epätodennäköisen ohuessa tasossa, joka ympäröi Linnunrataa, eli niin kutsutussa ”kääpiögalaksi-tasossa” (englanniksi “plane of satellites”). Myöhemmin mysteeri syveni, kun eräät tukijat väittivät, että kääpiögalaksit itse asiassa kiertävät Linnunrataa järjestäytyneessä rotaatioliikkeessä muodostaen täten pitkäikäisen kiekon.
Linnunradan kääpiögalaksi-taso oli samalla hyvin silmiinpistävä, mutta myös erittäin erikoinen rakenne. Tähtitieteilijät yrittivät siksi löytää vastaavanlaisia rakenteita kosmologissa supertietokonesimulaatioissa, jotka mallintavat maailmankaikkeuden kehitystä alkuräjähdyksestä nykypäivään hyvin suurella tarkkuudella. Kun tähtitieteilijät eivät yrityksistä huolimatta löytäneet vastaavanlaisia rakenteita, osa heistä kyseenalaisti kosmologisen standardimallin pätevyyden ja osa jopa kyseenalaisesti itse pimeän aineen olemassaolon, joka toimii kosmologisen standardimallin tärkeimpänä tukipilarina.
Nyt, uudessa tutkimuksessa tähtitieteilijät Helsingin ja Durhamin yliopistojen johtamana ovat osoittaneet, että Linnunradan kääpiögalaksi-taso on vain satunnainen rakenne, ja aivan kuten tähdistöt se tulee hajaantumaan ajan myötä.
– Ei ole mitenkään yllättävää, että kääpiögalaksitason arvoitus on ollut ratkaisematta melkein viisikymmentä vuotta ja että sen ratkaisu vaati useiden menetelmien yhdistämistä, sekä ison kansainvälisen tutkijaryhmän yhteisen työpanoksen, sanoo tutkimuksen päätekijä Till Sawala.
Tämän läpimurron mahdollisti osittain uudet havainnot, joita on saatu Euroopan Avaruusjärjestön GAIA -avaruusobservatoriolta. GAIA luo tarkan kuusiulotteisen kartan Linnunradasta havaitsemalla tarkat paikat ja nopeudet noin yhdelle miljardille tähdelle (noin yksi prosentti kaikista Linnunradan tähdistä). Lisäksi GAIA havaitsee myös Linnunradan lähikääpiögalaksien etäisyyksiä ja nopeuksia. Nämä uudet havainnot mahdollistavat kääpiögalaksien ratojen laskemisen sekä ajassa menneisyyteen että tulevaisuuteen. Täten tähtitieteilijät ymmärsivät, miten kääpiögalaksi-taso oli muodostunut ja myös, miten se tulee hajaantumaan muutamassa sadassa miljoonassa vuodessa. Tuo aika on vain silmänräpäys kosmisessa mittakaavassa.
Varmistaakseen löytöjensä paikkaansa pitävyyden tähtitieteilijät etsivät myös kääpiögalaksitasoja uusista varta vasten tähän tarkoitukseen tehdyistä simulaatioista. He ymmärsivät, että aikaisemmat simulaatiot olivat tuottaneet harhaanjohtavia tuloksia, koska ne eivät olleet huomioineet riittävän suurella tarkkuudella kääpiögalaksien etäisyyksiä Linnunradan keskustasta. Tämän takia tietokoneessa tuotetut kääpiögalaksitasot olivat pyöreämpiä kuin havaittu todellinen taso. Kun kääpiögalaksien todelliset etäisyydet otetaan mukaan laskuihin, tähtitieteilijät löysivät simulaatioistaan useita kääpiögalaksi-tasoja, jotka ovat hyvin samanlaisia kuin Linnunradan ympärillä havaittu taso.
Uusi löytö kumoaa yhden keskeisimmistä vastaväitteistä, joita on esitetty kosmologian standardimallia vastaan. Tämä tarkoittaa myös, että pimeä aine säilyy yhtenä tärkeimpänä kulmakivenä kosmologian standardimallissa, joka pyrkii selittämään ympäröivää Maailmankaikkeuttamme.
– Kosmologinen standardimalli, joka sisältää pimeää ainetta ja pimeää energiaa on ainakin tällä hetkellä selitysvoimaisin malli meidän omalle maailmankaikkeudellemme ja kääpiögalaksitaso-ongelman ratkaisu vahvistaa mallia entisestään, sanoo Helsingin yliopiston astrofysiikan professori Peter Johansson, joka oli myös mukana tutkimuksessa.
– Olemme onnistuneet ratkaisemaan yhden keskeisimmistä haasteista, joita on esitetty kosmologian standardimallia vastaan. Standardimalli, joka rakentuu kylmän pimeän aineen varaan, pystyy edelleen kuvaamaan maailmankaikkeutemme kehitystä hämmästyttävän tarkasti, Carlos Frenk Durhamin yliopistosta kommentoi.