Finländska forskare prisbelönas för tekniken som gav oss universums ålder

Det prestigefyllda Gruberpriset på en halv miljon dollars delas ut i kväll i Wien i Österrike. Bland mottagarna finns också femton finländska forskare som deltog i samarbetet bakom Planck-teleskopet som gav oss vår bästa bild hittills av det tidiga universum.

Det var de amerikanska fysikerna Arno Penzias och Robert Wilson som mer eller mindre av en slump upptäckte den kosmiska bakgrundsstrålningen på 60-talet då de mixtrade med en antenn för satellitkommunikation. Oavsett hur de vred och vände på antennen så fick de in det här mystiska och inte så lite irriterande bruset.

De prövade på att vräka duvorna som häckade i antennen och de sopade bort duvbajset, men de blev inte av med det envisa bruset vad de än gjorde. Något som de knappast grämde sig åt värst länge: Penzias och Wilson fick Nobelpriset i fysik för sin upptäckt 1978.

Efterglöden från ursmällen

Mikrovågsstrålningen som Penzias och Wilson upptäckte var ju varken mer eller mindre än ekot från Big bang, som från den här stunden framåt kunde betraktas som bevisad: den kosmiska bakgrundsstrålningen. Efterglöden från ursmällen, kärt barn har många namn.

Också du har säkert sett och hört det här bruset om du någon gång har haft TV:n eller radion på efter att sändningen har tagit slut. "Myrornas krig" på TV är varken mer eller mindre än ekot av Stora smällen.

Den kosmiska bakgrundsstrålningen visade forskarna ekobilden av ett nära på perfekt och slätt tidigt universum. Samma jämntjocka temperatur på 2,725 Kelvin åt vilket håll man än tittade. Det här presenterade forskarna med ett dilemma: hur ska man då kunna säga någonting om hur de första galaxerna och galaxhoparna kom till om allt var en jämntjock gröt?

Men det visade sig snart, vid närmare betraktelse, att strålningen varierar pyttelitet beroende på var man tittar. Vi talar om fluktuationer av storleksordningen en hundratusendedel av bakgrundsstrålningens temperatur.

Det här bevisade att universum inte var helt homogent från början, utan att det fanns små variationer i massfördelningen. Vilket sedan blev riktgivande för hur universum utformade sig.

Planck-satelliten

Den bästa bilden hittills av det tidiga universum fick vi tack vare europeiska rymdorganisationen ESA:s Planck-satellit som 2009 påbörjade kartläggningen av bakgrundsstrålningen över hela himlavalvet. Den resulterande kartan publicerades 2013.

Och Planck-teleskopets mätningar av bakgrundsstrålningens småskaliga ojämnheter visade sig stämma utomordentligt väl överens med standardmodellen och de enklaste inflationsteorierna om universums tidiga utvidgning.

Planck-teleskopet gav oss också möjligheten att bestämma universums ålder med den hittills största exaktheten: 13,8 miljarder år.

Glad forskare

I kväll belönas alltså teamet bakom Planck-samarbetet med det högt värderade Gruberpriset i Wien, och en av de femton finländska forskarna som ingick i det samarbetet är specialforskare Jussi Varis vid forskningscentralen VTT.

Varis är mycket glad och nöjd med utmärkelsen, inte minst för att han ägnade tio år av sin karriär åt att utveckla en av de viktiga radiomottagarna som satt i Planck-teleskopet. Men, säger han då vi når honom på telefon, han är samtidigt helt och hållet tagen på sängen av nyheten.

- Planck avfyrades ju för nästan tio år sedan och dess instrument stängdes av 2013. Många år har hunnit gå. I och för sig så tar det ju väldigt länge att analysera datan från ett teleskop som Planck, men inte hade tanken på ett pris i det här skedet ens fallit mig in!

Varis arbetade med en radiomottagare på 70 gigahertz-frekvensbandet för Planckteleskopet, världens känsligaste radiomottagare just då. Mottagaren fungerade perfekt från allra första början ända tills stunden då Planck-satelliten stängdes ned.

Viktiga komponenter

Och det var just tack vare den här mottagaren som några av de allra viktigaste observationerna kunde göras, enligt Varis.

- För att komma åt den kosmiska bakgrundsstrålningen måste man filtrera bort allt som ligger i förgrunden: alla galaxerna, stjärnorna och de kosmiska dammolnen, det där som normalt intresserar astronomer. Det visade sig att det var just på 70 GHz-bandet som förbgrundsbruset är som minst störande, så det gav en snabbare rutt till den kosmiska bakgrundsstrålningen.

- Och vi hade dessutom den goda turen att utrustningen som vi utvecklade fungerade perfekt!

Civila tillämpningar

Men så som det ofta går med teknik utvecklad för rymdforskningen så dyker den förr eller senare upp i civila tillämpningar som du och jag kan utnyttja i våra vardagliga liv. Så har det också gått med mottagartekniken som Varis och hans kolleger utvecklade.

- Just nu finns det ett allt större behov för snabbare och snabbare dataförbindelser då man utvecklar nästa generations mobilnät, det så kallade 5G-nätet. Just nu håller man inom 5G-nätet på att ta ibruk de här samma frekvenserna på millimetervåglängden.

- Ett av 5G-projekten just nu är 5G-nätet som vi just nu installerar på Nokias campus i Karaporten i Esbo. Där är frekvensen, hur det nu råkar sig, just den här samma, omkring 70 gigahertz, även om ännu högre frekvenser är på kommande, upp till 300 gigahertz.

När man talar om framtidens mobilkommunikation ska man minnas att det jämt och ständigt finns ett krav på att kunna överföra större mängder data så att vi ska kunna se på superhögupplöst video och allt det där. För att göra det här möjligt måste radiofrekvenserna höjas och antennätverket måste bli tätare.

Smarta lyktstolpar

I framtiden kommer därför till exempel lyktstolparna längs med vägarna att extraknäcka som 5G-relästationer. Jussi Varis jobbar just nu med den här sortens "smarta lyktstolpar".

- De smarta stolparna kommer förutom att de belyser vägen också att vara försedda med kameror, displayer och diverse sensorer.

Men i kväll får de smarta stolparna vänta då Planck-teamet får sitt Gruberpris. Förutom VTT bidrog också bland annat Aaltouniversitetet samt Helsingfors och Åbo universitet med sin expertis. Finansiering fick projektet bland annat från Tekes och Finlands Akademi.