Laajeneeko maailmankaikkeus yhä kiihtyvällä vauhdilla? Yonsein ja Southamptonin kiista supernovamittauksista

Kysymys siitä, kiihtyykö maailmankaikkeuden laajeneminen edelleen, on noussut uudelleen kosmologian keskiöön. Yonsein yliopiston tutkijat väittävät, että tyypin Ia supernovien tähtien ikään liittyvä systemaattinen vinouma on voinut saada maailmankaikkeuden näyttämään todellista kiihtyvämmältä. Southamptonin johtama kansainvälinen ryhmä, johon kuuluvat Nobel-palkitut Adam Riess ja Brian Schmidt, pitää tätä tulkintaa liioiteltuna ja katsoo kiihtyvän laajenemisen olevan yhä paras selitys havainnoille. 813

Ratkaisu ei ole vielä selvä. Kiistan ytimessä on se, onko supernovien kirkkaus korjattu riittävästi niiden tähtipopulaatioiden iän, galaksin massan ja muun ympäristön vaikutusten suhteen.

Mitä Yonsei esitti marraskuussa 2025?

Tyypin Ia supernovia käytetään kosmologiassa niin sanottuina standardikynttilöinä. Niiden havaittua kirkkautta verrataan arvioituun todelliseen kirkkauteen, jolloin voidaan päätellä, kuinka kaukana räjähdys tapahtui. Näiden etäisyyksien avulla tutkijat rekonstruoivat maailmankaikkeuden laajenemishistoriaa.

Menetelmä perustuu kuitenkin oletukseen, että supernovien kirkkaus voidaan vakioida riittävän yhdenmukaiseksi. Jos kirkkaus riippuu järjestelmällisesti supernovan tähtipopulaation iästä, etäisyysarvioihin voi syntyä punasiirtymän mukana muuttuva harha.

Yonsein marraskuussa 2025 julkaisema tutkimus raportoi vahvan yhteyden vakioitujen tyypin Ia supernovien kirkkauden ja niiden isäntägalaksin tähtien iän välillä. Tutkijoiden mukaan galaksien keskimääräinen ikä muuttuu kosmisen historian aikana, ja tämä voi vääristää supernovista johdettua laajenemishistoriaa.

Kun Yonsein ryhmä teki oman ikäkorjauksensa, se ei löytänyt vakuuttavaa näyttöä nykyisestä kiihtyvästä laajenemisesta. Sen tulkinnan mukaan maailmankaikkeus on saattanut siirtyä hiljattain hidastuvan laajenemisen vaiheeseen.

Jos tulos vahvistuisi, seuraukset olisivat huomattavat. Vallitsevassa ΛCDM-mallissa kosmologinen vakio Λ eli pimeän energian yksinkertaisin muoto liittyy maailmankaikkeuden myöhäiseen kiihtyvään laajenemiseen. Nykyinen hidastuminen edellyttäisi joko ajassa muuttuvaa tai heikkenevää pimeää energiaa taikka merkittävää muutosta supernovien ja gravitaation tulkintaan.

Southamptonin vastaväitteet

Southamptonin johtama ryhmä kyseenalaisti Yonsein analyysissä erityisesti kaksi kohtaa.

1. Galaksin ikä ei ole sama asia kuin supernovan esiasteen ikä

Yonsei käyttää isäntägalaksin tähtipopulaation ikää mittarina, joka kertoo supernovan synnyttäneen tähden tai valkoisen kääpiön iästä. Southamptonin mukaan kyse on eri suureista. Galaksissa on samanaikaisesti hyvin eri-ikäisiä tähtiä, joten galaksin keskimääräinen ikä ei suoraan määritä juuri räjähtäneen supernovan esiasteen ikää. 18

Tämän tulkinnan mukaan galaksien iän muuttuminen punasiirtymän mukana ei automaattisesti tarkoita, että supernovien esiasteiden ikä muuttuisi samassa suhteessa.

2. Isäntägalaksin massakorjaus puuttui

Southampton huomautti myös, ettei Yonsein analyysi sisältänyt tavanomaista isäntägalaksin massaan perustuvaa korjausta, josta käytetään usein nimitystä ”mass step”. Sitä käytetään nykyisissä supernova-analyyseissä, koska räjähdysten kirkkaus liittyy galaksin ympäristöön ja ominaisuuksiin, jotka ovat osittain yhteydessä tähtien ikään.

Kun Southamptonin ryhmä sovelsi tätä korjausta samoihin aineistoihin, iän ja Hubble-residuaalin välinen yhteys heikkeni huomattavasti. Hubble-residuaali tarkoittaa vakioinnin jälkeen jäljelle jäävää eroa mitatun ja odotetun kirkkauden välillä.

Southamptonin johtopäätös oli, ettei ikäkorjaus riitä poistamaan näyttöä kosmisesta kiihtymisestä. Sen mukaan maailmankaikkeus laajenee edelleen kiihtyvällä vauhdilla.

Yonsein vastine: liian laaja aineisto voi loiventaa tulosta

Yonsei ei pidä Southamptonin analyysiä lopullisena vastauksena. Sen uudemman analyysin mukaan Southampton yhdisti supernovia poikkeuksellisen laajalla punasiirtymäalueella, noin välillä z = 0,04–0,42.

Tällä alueella isäntägalaksien keskimääräinen ikä muuttuu Yonsein mukaan noin kolme miljardia vuotta. Kun näin eri-ikäisiä kohteita käsitellään yhtenä aineistona ennen regressioanalyysiä, iän ja kirkkauden välinen yhteys voi näyttää keinotekoisesti todellista loivemmalta. 2

Yonsei väittää lisäksi, että Southampton käsitteli liian erillisinä kahta toisiinsa liittyvää suuretta:

• iän ja kirkkauden välisen riippuvuuden jyrkkyyttä sekä
• sitä, kuinka paljon supernovien esiasteiden ikä muuttuu punasiirtymän mukana.

Vaikka esiasteiden iän kehitys olisi heikompaa kuin niiden isäntägalaksien keskimääräisen iän kehitys, jyrkempi iän ja kirkkauden välinen riippuvuus voisi Yonsein mukaan edelleen tuottaa merkittävän kokonaiskorjauksen.

Yonseinin tutkijat kyseenalaistavat myös sen, voiko Southamptonin käyttämä massan ja pölyn käsittely vaimentaa ikäsignaalia keinotekoisesti. 35

Mistä tutkijat oikeastaan kiistelevät?

Vastakkain eivät ole yksinkertaisesti ”kiihtyminen” ja ”hidastuminen”. Varsinainen kiista koskee sitä, onko supernovamittaukset korjattu riittävästi tähtipopulaatioiden ja galaktisen ympäristön eroille.

Southamptonin tulkinnan mukaan:

• galaksin ikää ei voida käyttää suoraan supernovan esiasteen ikänä,
• galaksin massakorjaus poistaa suuren osan näennäisestä ikäriippuvuudesta, ja
• jäljelle jäävä korjaus on liian pieni muuttamaan kosmologista johtopäätöstä.

Yonseinin mukaan puolestaan:

• galaksin ikä on perusteltu välillinen mittari, koska se liittyy galaksin tähtipopulaatioihin,
• liian laajalla punasiirtymäalueella tehty analyysi aliarvioi iän ja kirkkauden välisen riippuvuuden, ja
• ikäkorjaus voi pysyä merkittävänä, vaikka esiasteiden iän kehitys olisi galaksien ikäkehitystä pienempää. 2

Kumpikaan osapuoli ei ole vielä muuttanut kiistaa vallitsevan kosmologian lopulliseksi kumoamiseksi. Tarvitaan suurempia, riippumattomia ja mahdollisimman yhdenmukaisesti koottuja aineistoja.

Mitä DESI kertoo pimeästä energiasta?

Dark Energy Spectroscopic Instrument eli DESI tuo keskusteluun tärkeän, mutta ei ratkaisevaa lisänäyttöä. DESI mittaa baryonisia akustisia värähtelyjä eli BAO-ilmiötä, jonka avulla voidaan kartoittaa etäisyyden ja punasiirtymän välistä suhdetta eri tavalla kuin supernovilla.

DESI-aineiston, kosmisen mikroaaltotaustan ja supernovanäytteiden yhdistelmissä on joissakin analyyseissä nähty viitteitä siitä, että pimeä energia saattaa muuttua ajan myötä. Eräässä DESI:n ja kosmisen mikroaaltotaustan yhdistelmässä ajasta riippuvaa pimeää energiaa suosiva malli sai 3,1 sigman tilastollisen etumatkan ΛCDM-malliin nähden. Kun mukaan otetaan eri supernovanäytteitä, tilastollinen merkitys vaihtelee näytteen mukaan.

Tämä ei kuitenkaan ole riippumaton todiste siitä, että maailmankaikkeus hidastuu juuri nyt. BAO-mittaukset rajoittavat kosmisten etäisyyksien kehitystä, mutta niiden tulkinta ajassa muuttuvaksi pimeäksi energiaksi riippuu käytetystä mallista ja siitä, mitä muita aineistoja analyysiin yhdistetään.

Uudemmissa analyyseissä viitettä dynaamisesta pimeästä energiasta on kuvattu lieväksi tai epäselväksi. Joissakin tutkimuksissa ei ole löytynyt tilastollisesti merkitsevää etua ΛCDM-malliin verrattuna. 17

Miten kiista voitaisiin ratkaista?

Selkeä testi olisi verrata eri punasiirtymillä havaittuja supernovia, joiden isäntägalaksien tähtipopulaatioiden iät ovat mahdollisimman samanlaisia. Näin vähennettäisiin tarvetta suurelle, teoreettisesti oletetulle ikäkorjaukselle.

Tärkeitä ovat myös:

• suuremmat ja yhdenmukaisemmin valitut supernovanäytteet,
• isäntägalaksien spektroskooppiset mittaukset,
• kokonaisen tähtipopulaation iän erottaminen varsinaisen supernovan esiasteen iästä,
• massan, pölyn ja paikallisen ympäristön vaikutusten riippumaton tarkistaminen sekä
• Vera C. Rubinin observatorion ja Nancy Grace Roman -avaruusteleskoopin uudet havainnot.

Näiden hankkeiden avulla voidaan paremmin erottaa todellinen supernovien kirkkauskehitys punasiirtymän, valinnan, galaksin massan, pölyn ja tähtipopulaatioiden aiheuttamista vaikutuksista.

Mikä on tämänhetkinen johtopäätös?

Varovaisin yhteenveto on, että kosminen kiihtyminen on edelleen vallitseva tulkinta. Uusi kiista koskee ennen kaikkea sitä, kuinka luotettavasti tyypin Ia supernovien kirkkaus voidaan korjata iän ja ympäristön vaikutuksille. Southamptonin mukaan Yonsein korjaukset ovat liian suuria. Yonsein mukaan Southampton aliarvioi iän ja kirkkauden välisen riippuvuuden eikä huomioi oikein toisiinsa liittyvien suureiden välistä matemaattista vaihtokauppaa. 18

DESI puolestaan pitää avoinna mahdollisuutta, ettei pimeä energia ole täysin vakio. Se ei kuitenkaan vielä osoita, että maailmankaikkeus olisi siirtynyt kiihtyvästä laajenemisesta hidastuvaan vaiheeseen.

Ratkaisu riippuu paremmista supernovamittauksista ja toisistaan riippumattomista kosmologisista testeistä.