3.2 Ylimääräinen kosminen radiotausta: perusviivan nousu ilman näkymättömiä pistemäisiä lähteitä

Etusivu ／ Luku 3: Makroskooppinen universumi

Terminologia
Tässä jaksossa “ylimääräisellä diffuusilla radioperustalla” tarkoitetaan energiaa, joka siirtyy väliaineeseen, kun yleistetyt epävakaat hiukkaset (GUP) hajoavat tai annihiloituvat; energia kertyy tilastollisesti ja muodostaa tensorisen taustakohinan (TBN). Sen tilajakauma on heikosti kovariantti suhteessa tilastollisen tensorigravitaation (STG) “maastoon”. Jatkossa käytetään johdonmukaisesti vain suomenkielisiä nimiä: yleistetyt epävakaat hiukkaset, tensorinen taustakohina ja tilastollinen tensorigravitaatio.

I. Ilmiö ja haaste

1. “Lisäalusta” koko taivaan alla
   Kun kaikki eroteltavissa olevat radiolähteet—galaksit, kvasaari­t, suihkut, supernovajäännökset ym.—vähennetään, diffuusi radiokirkkaus jää järjestelmällisesti odotettua korkeammaksi, ikään kuin taivaskartta lepäisi ylimääräisen pykälän päällä.
2. Sekä sileä että laajakaistainen
   Alusta on kulmaskaaloissa hyvin sileä ja lähes vailla hienorakeisuutta. Spektri on laajakaistainen eikä sisällä kapeita viivoja; se ei muistuta yhtä yhteistä “moottoria” ohjaavaa kuoroa.
3. Reitti “lisätään vain enemmän himmeitä lähteitä” ei toimi
   • Jos ilmiö selitetään lukuisilla erottelemattomilla pistemäisillä lähteillä, tarvittava lukumäärä–kirkkaus-jakauma tuottaisi pienillä kulmaskaaloilla voimakkaampaa vaihtelua kuin havaitaan.
   • Tarvittava lähdemäärä ja sen evoluutio eivät sovi yhteen ultrasyvien kartoitusten lähdelaskentojen kanssa.
4. Lisähavaintotuntomerkit
   • Korkea isotropia (nousee vain hieman erittäin aktiivisissa ympäristöissä).
   • Alhainen netto­polarisaatio (ei yhteistä “säteilyasentoa”; vaiheet kumoavat toisensa).
   • Ajallinen vakaus (pitkän aikavälin diffuusi kohinataso).

Yhteenvetona: signaali käyttäytyy aidosti diffuusina taustana, ei “näkymättömien pikkulamppujen summana”.

II. Fysikaalinen tulkinta

1. Peruskuva: yleistettyjen epävakaiden hiukkasten “tulo ja meno”
   Energiameressä yleistetyt epävakaat hiukkaset nousevat esiin, elävät lyhyesti ja hajoavat tai annihiloituvat. Jokainen tapahtuma palauttaa väliaineeseen heikon, laajakaistaisen ja matalan koherenssin aalto­paketin. Yksittäinen paketti on pieni, mutta lukumäärä valtava.
2. Tensorinen taustakohina: pienten pakettien pinoaminen perusviivaksi
   Kun lukemattomat riippumattomat paketit summautuvat ajassa ja avaruudessa, syntyy luonnostaan diffuusi, laajakaistainen ja heikosti koherentti perusta—tensorinen taustakohina. Se toistaa radiollisen “ylimäärän” keskeiset piirteet:
   • Kirkkaampi ilman häikäisyä: summaus nostaa perusviivaa ilman tiheitä kirkkaiden pisteiden rykelmiä.
   • Sileä spektri: peräisin epäsäännöllisistä paketeista, ei kiinteästä siirtymästä tai yhteisestä tahdista.
   • Vahva isotropia: synty ja häviäminen tapahtuvat lähes kaikkialla ja tasoittuvat kosmisissa ajoissa.
   • Heikko yhteisvaihtelu rakenteen kanssa: ei tietyn lähdeluokan suunnattua säteilyä; vain heikko kovarianssi tilastollisen tensorigravitaation maaston kanssa (ks. alla).
3. Miksi radiokaista on herkin
   Radiokaista suosii laajakaistaisten, heikosti koherenttien signaalien summausta: kaukoputket kokoavat lukemattomia heikkoja kaukaisia paketteja, mikä näkyy suoraan kohinatason nousuna. Korkeammilla taajuuksilla summausta on myös, mutta pöly ja väliaine peittävät sen helpommin absorptio- ja sirontailmiöillä; radioikkuna on “puhtaampi”.
4. Heikko kovarianssi tilastollisen tensorigravitaation kanssa
   Yleistettyjen epävakaiden hiukkasten kokonaisaktiivisuus riippuu ympäristöstä (yhdentymiset, iskuaallot, voimakkaat suihkut, suuri leikkaus). Siksi tensorisen taustakohinan keskiamplitudi aaltoilee lievästi tilastollisen tensorigravitaation maaston mukana: aktiivisilla alueilla hieman kirkkaampi, mutta suurilla mittakaavoilla keskiarvoituu sileäksi taustaksi.
5. Energiakirjanpidon ja kuvan sovittaminen
   • Energiapuoli: ylimääräinen kirkkaus syntyy jatkuvasta energian injektiosta, kun yleistetyt epävakaat hiukkaset hajoavat tai annihiloituvat.
   • Kuvapuoli: ulkoisesti ilmiö näyttäytyy tensorisena taustakohinana, joka nostaa diffuusia taustaa—spektri on sileä ja isotropia vahva.
     Johtopäätös: saman kolikon kaksi puolta—budjetin lähde ja havaittava ulkoasu.
6. Odotukset spektristä, polarisaatiosta ja muuttuvuudesta
   • Spektri: likimain sileä potenssilaki tai loiva kaareutuminen ilman kapeita viivoja; erot taivaanalueiden välillä ovat pieniä ja muuttuvat hitaasti.
   • Polarisaatio: alhainen nett­opolarisaatio monien lähteiden summautuessa; lievä nousu reuna­vyöhykkeillä, joissa leikkaus on voimakas ja magneettikentät suuntautuvat yhtenäisemmin.
   • Muuttuvuus: vakaa vuosien mittaan; suurten yhdentymisten tai suihkujaksojen jälkeen voi näkyä heikko viivästynyt kohoama (ensin kohina, sitten asteittainen gravitaatiovaste).

III. Testattavat ennusteet ja ristiintarkistukset (kytketty havaintoihin)

• P1 | Kulmateho­spektrin kriteeri
  Ennuste: teho pienillä kulmaskaaloilla on selvästi alempi kuin “erottelemattomien pistemäisten lähteiden” malleissa; suurilla kulmilla kaltevuus on loiva ja sileä.
  Testi: vertaa syvien kenttien kulmatehospektrejä pistelähde-ekstrapolaatioihin; litteämpi pienimittakaavainen spektri tukee tensorista taustakohinaa.
• P2 | Spektrin sileys­kriteeri
  Ennuste: koko taivaan keskiarvospektri on vailla kapeita viivoja ja kaareutuu loivasti; spektri-indeksit eroavat vain vähän alueiden välillä.
  Testi: monitaajuinen yhteissovitus vahvistaa “sileän—hitaasti muuttuvan” luonteen monien kapeiden mekanismien summan sijaan.
• P3 | Heikon kovarianssin kriteeri (suhteessa tilastollisen tensorigravitaation maastoon)
  Ennuste: diffuusi perusta korreloi heikosti positiivisesti gravitaatiolinssauksen φ/κ-karttojen ja kosmisen leikkauksen kanssa.
  Testi: ristiinkorrelaatio linssi-/leikkaus­karttoihin; pienet positiiviset kertoimet, jotka kasvavat aktiivisissa ympäristöissä, vastaavat odotusta.
• P4 | Tapahtumajärjestys: ensin kohina, sitten gravitaatio
  Ennuste: yhdentymisakselien, iskuaaltojen etureunojen ja voimakkaiden suihkujen läheisyydessä diffuusi perusta kohoaa ensin hieman (tensorinen taustakohina), minkä jälkeen tilastollinen tensorigravitaatio syvenee tasaisesti.
  Testi: moniepookkinen seuranta, jossa diffuusien radio­muutosten ajallinen viive verrataan dynamiikka- ja linssimittareihin.
• P5 | Alhainen nett­opolarisaatio
  Ennuste: koko taivaan nettopolarisaatio pysyy alhaisena; nousu on vain vähäinen geometrian vahvistamilla vyöhykkeillä.
  Testi: laajojen kenttien polarisaatiokartat näyttävät kolmikon “alhainen—vakaa—hieman korkeampi reunoilla”.

IV. Vertailu perinteisiin selityksiin

• Ei “piilossa lisää pieniä valopisteitä”
  Jos erottelemattomat pistemäiset lähteet hallitsisivat, taivas näyttäisi rakeisemmalta kuin havainnot osoittavat; lähdelaskennat ja kehityshistoriatkaan eivät tue niin suurta populaatiota.
• Ei myöskään yhtä “yhtenäistä moottoria”
  Yksittäiset mekanismit jättävät usein spektriviivoja tai polarisaatiojälkiä. Havaittu laajakaistaisuus, viivattomuus ja alhainen nettopolarisaatio sopivat paremmin kuvaan, jossa “miljoonat epäsäännölliset paketit summautuvat”.
• Yksi koherentti kuva monille piirteille
  Sama fysikaalinen polku selittää johdonmukaisesti kirkkauden nousun, sileän spektrin, korkean isotropian, heikon rakeisuuden ja heikon kovarianssin. Väliaineeseen ja tilastoihin nojaava lähestymistapa on taloudellisempi ja eheämpi kuin kunkin poikkeaman paikkaaminen erikseen.

V. Mallinnus ja sovitus (toimintaohje)

1. Työvaiheet:
   • Etualueen puhdistus: käsittele Galaksin synkrotroni, free–free-emissio, pöly ja ionosfäärivaikutukset yhtenäisesti.
   • Kaksikomponenttinen tilamalli: “isotrooppinen perusta + malli, joka on heikosti kovariantti tilastollisen tensorigravitaation maaston kanssa”.
   • Spektrirajoitteet: suosi sileää potenssilakia tai loivaa kaareutumista; älä salli kapeakaistaisten komponenttien dominanssia.
   • Pienmittakaavakontrolli: käytä kulmatehospektriä “pistelähdemäisen rakeen” tukahduttamiseen ja erottelemattomien lähteiden hännän rajaamiseen.
   • Ristiinvalidointi: yhteiskartoitus ja -ajoitus φ/κ-linssikarttojen, kosmisen leikkauksen ja yhdentymisotok­sien kanssa diffuusin vahvistuksen varmistamiseksi.
2. Nopeat havaintotarttumapisteet:
   • Onko pienmittakaavainen kulmatehospektri litteämpi kuin pistelähde-ekstrapolaatiot?
   • Ovatko monitaajuiset spektrit sileitä ja hitaasti muuttuvia?
   • Onko ristiinkorrelaatio heikosti positiivinen ja voimakkaampi aktiivisissa ympäristöissä?
   • Pysyykö nettopolarisaatio alhaisena ja nouseeko se vain hieman reuna-alueilla?

VI. Läheinen vertaus

“Kaukaisen kaupunkiliikenteen matala humina”
Et kuule yhtä moottoria, vaan lukemattomien ajoneuvojen matalaa kumua. Se nostaa kohinapohjaa, ei häikäise ja pysyy vakaana. Diffuusi radiollinen “ylimäärä” muistuttaa tätä huminakerrosta.

VII. Johtopäätökset

• Fysikaalinen attribuutio: kosmisen radiotaustan ylimäärä selittyy todennäköisimmin tensorisella taustakohinalla—diffuusilla perustalla, jota nostaa pitkäaikainen tilastollinen summaus lukemattomista heikoista, laajakaistaisista paketeista, jotka vapautuvat, kun yleistetyt epävakaat hiukkaset hajoavat tai annihiloituvat.
• Tilallinen suhde: signaali on heikosti kovariantti tilastollisen tensorigravitaation maaston kanssa: hieman korkeampi aktiivisilla alueilla, mutta kauttaaltaan sileä taivaalla.
• Kysymyksen uudelleenmuotoilu: “kuinka monta näkymätöntä pistemäistä lähdettä puuttuu?” vaihtuu kysymykseksi “millaisen diffuusin perustan väliaine luonnostaan rakentaa, kun synty–häviö jatkuu tauotta?”.
• Yhtenäinen kertomus: tämä sulkee kehän jakson 3.1 (kiertokäyrät) ja jaksojen 2.1–2.5 kanssa: yleistettyjen epävakaiden hiukkasten olemassaolovaihe nostaa “merenpintaa”—tilastollista tensorigravitaatiota; hajoamisvaihe kylvää kohinaa—tensorista taustakohinaa. Yhteinen alkuperä, heikko kovarianssi ja empiirisesti testattava, yhtenäiseksi selitykseksi.