Tuomas Savolainen: Tähtieteellisessä tutkimuksessa seilaamme usein tuntemattomilla vesillä

Olet väitellyt Turun yliopistosta tohtoriksi tähtitieteen alalta ja olet myös tähtitieteen dosentti. Miten päädyit opiskelemaan tähtitiedettä?

Tähdet ja avaruus ovat kiinnostaneet minua jo alle 10-vuotiaasta saakka. Sain oman kaukoputken noihin aikoihin ja liityin myös paikallisen tähtiharrastusyhdistyksen toimintaan mukaan. Yhdistyksellä oli kunnan vesitornin huipulle rakennettu tähtitorni, jossa teini-ikäisinä teimme yhdessä muiden aiheesta kiinnostuneiden kavereiden kanssa havaintoja.   

Pääsin Turun yliopistoon opiskelemaan fysiikkaa vuonna 1997. Turun yliopisto tarjosi tähtitieteen linjan opintoja osana fysikaalisia tieteitä, mutta ei ollut mitenkään selvää, että valitsisin juuri sen pääaineekseni. Tähtitiede vei kuitenkin lopulta mennessään, kun Esko Valtaoja nappasi minut kvasaaritutkimuskurssilta kesätyöntekijäksi Tuorlan observatorioon.  Koen, että siinä kohtaa elämässäni alkoi tähtitieteellinen polkuni, joka on johdattanut minut tähän pisteeseen.  

Olet erikoistunut radioastronomiaan, astrofysiikkaan ja mustiin aukkoihin. Kerro millaista on tutkia mustia aukkoja?

Tein väitöskirjatutkimukseni aktiivisten galaksien suihkujen havainnoista, joissa hyödynnetään pitkäkantainterferometriaa (VLBI). Pitkäkantainterferometriassa toisistaan kaukana sijaitsevat radioteleskoopit yhdistetään toimimaan yhtenä erotuskyvyltään maapallon kokoisena teleskooppina. Ideana on, että osallistuvat teleskoopit havaitsevat samaa avaruuden kohdetta yhtäaikaisesti ja nauhoittavat havaitsemansa signaalit, jotka sitten yhdistetään jälkikäteen interferenssiksi kutsuttua ilmiötä hyödyntäen. Menetelmä antaa suurimman erotuskyvyn, mitä tähtitieteessä voidaan tällä hetkellä saavuttaa.   

Tutkimuksessani olen keskittynyt erityisesti aktiivisten galaksien keskustoissa  sijaitsevien mustien aukkojen plasmasuihkuihin. Musta aukko on  kuin valtava painovoimakaivo, jonne aktiivisissa galakseissa tippuu runsaasti materiaa. Kaikki aukkoon tippuva materia ei aina kuitenkaan sukella aukon tapahtumahorisontin taa, vaan osa siitä voi sinkoutua ulos kahtena plasmasuihkuna. Suihkut ovat valtavia kooltaan ja voivat ulottua galaksien keskustoista aina galaksienväliseen avaruuteen saakka. Emme vielä kunnolla ymmärrä, miten mustat aukot synnyttävät näitä galakseja halkovia plasmasuihkuja. Tätä avaruuden mysteeriä olenkin osaltani yrittänyt selvittää väitöskirjatutkimuksestani lähtien.  

Onnistuimme nappaamaan kuvan mustasta aukosta ensimmäistä kertaa ihmiskunnan historiassa vuonna 2019 osana Event Horizon Telescope –projektia, jossa olin mukana. Vertaisin mustan aukon kuvan ottamista siihen, että kuvaisimme kuun pinnalla sijaitsevaa golfpalloa, sillä tarvittava erotuskyky on samaa luokkaa. Myös tässä hankkeessa käytettiin pitkäkantainterferometriaa ja ympäri maapalloa sijaitsevia teleskooppeja riittävän erotuskyvyn saavuttamiseen. Kyseinen projekti on pitkäjänteisen kansainvälisen tutkimusyhteistyön ja radioastronomisen tekniikan kehityksen suuri saavutus. Pääsemme nykypäivän teknologian avulla kurkistamaan sellaisiin ympäristöihin, joiden tutkiminen ei ollut mahdollista esimerkiksi opiskelujeni alkuaikoina.   

Modernissa tähtitieteellisessä tutkimuksessa seilaamme usein tuntemattomilla vesillä. Olemme  Event Horizon Telescopen kuvien avulla voineet esimerkiksi testata Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa täysin uudessa ympäristössä, supermassiivisen mustan aukon lähellä. Emme löytäneet poikkeamia ennusteista, mikä on merkittävä tulos jo sinällään. 

Minkälaista on olla tutkija? 

Olen havaitseva tähtitieteilijä ja työni poikkeaa vaikkapa kokeellisesta fyysikosta siinä, että en voi mennä laboratorioon toistamaan jotakin koetta sen olosuhteita yksi kerrallaan muuttaen. Voin ainoastaan havaita, mitä avaruudesta meille saapuu, oli se sitten valoa tai vaikka hiukkasia. Niinpä havaintolaitteiden paraneminen on keskeistä alan edistymiselle, mutta se ei suinkaan ole ainoa tärkeä asia. Meidän tutkimissamme kohteissa nähdään muutoksia aikaskaaloissa, jotka ovat minuuteista vuosikymmeniin, ja niinpä myös muutosten seuranta on tärkeää niiden fysiikan ymmärtämiselle.  

Tutkijana täytyy sietää jatkuvasti epävarmuutta. On siedettävä kysymyksiä siitä, jäikö havainnoissamme jotakin huomaamatta tai saimmeko poistettua kaikki laitteistosta johtuvat häiriöt. Tällainen epävarmuus on normaali osa tutkimustyötä ja voisi sanoa jopa sen edellytys. Ensin pitää aina vakuuttaa itsensä  – kysyn itseltäni usein, että tuliko kaikki huomattua tai oliko esimerkiksi artikkelin lausunto tarkka. Sitä oppii sietämään ja tulee myös muistaa, että tutkimusta ei olisi mitään järkeä tehdä, jos olisimme aina varmoja kaikesta. Silloinhan ei olisi mitään tutkittavaa.   

Mikä on kaikista palkitsevinta työssäsi?

Palkitsevinta on, jos onnistumme löytämään jotakin uutta. Vuonna 2019 julkaistu mustan aukon kuva on varmasti urani huippuja, mutta isompien onnistumisten lisäksi palkitsevaa on myös esimerkiksi opiskelijan valmistunut väitöskirjatyö, hyväksytty käsikirjoitus, jokin oivallus tai vaikkapa Metsähovin uuden vastaanottimen saapuminen ensi vuoden aikana.