Tähtitieteen osaston dynamiikka-ryhmän tutkimuskohteina ovat gravitaatiovoimien hallitsemat systeemit, sovellutuksien ulottuessa Aurinkokunnan jättiläisplaneettojen renkaista ja satelliittisysteemeistä galaksien rakenteeseen ja keskinäisiin vuorovaikutuksiin. Tärkein tutkimusmenetelmä on numeeriset N-kappaleen simulaatiot, joiden kehittämisestä osastolla/ryhmällä on jo 20 vuoden kokemus. Simulaatioiden tuloksia verrataan analyyttisiin malleihin ja havaintoihin: Aurinkokunnan kohteiden osalta Cassini- ja Voyager-luotaimien mittauksiin, ja galaksien osalta European Southern Observatory (ESO) teleskoopeilla, Pohjoismaisella NOT-teleskoopilla ja muilla kansainvälisillä teleskoopeilla tekemiimme havaintoihin. Tärkeimmat ulkomaiset yhteistyötahot ovat Alabaman yliopisto ja Kanarian saarten Astrofysiikan Instituutti (IAC) (galaksitutkimus) sekä Boulderin ja Potsdamin yliopistot (planetaariset renkaat). Planetaaristen renkaiden mallejamme käytetään Saturnuksen renkaista tehtyjen uusimpien Hubble Space Telescope-havaintojen (Wellesley C.) ja Arecibo-tutkahavaintojen (Cornell U.) tulkintaan.
1) Planetaariset renkaat ja satelliittisysteemit
Tiheiden planetaaristen renkaiden dynamiikkaa hallitsee kappaleiden keskinäiset sysäykset. Niissä tapahtuva energiahukka aiheuttaa renkaiden voimakkaan litistymisen: esim. Saturnuksen renkaiden paksuus on vain n. 20 metriä, eli kymmenesmiljoonas osa niiden ulkohalkaisijasta. Tärkein tuloksemme (julkaistu Nature-lehdessä) on ollut osoittaa, kuinka äärimmäinen litistyneisyys, yhdessä rengaspartikkelien keskinäisen gravitaation kanssa johtaa nauhamaisten partikkelirykelmien syntyyn. Ennustetut muodostelmat ovat Voyager-mittausten resoluution alapuolella, mutta Cassini-luotaimen pitäisi pystyä ne havaitsemaan v. 2004 saapuessaan Saturnuksen lähettyville. [Tämän Cassini tekikin v. 2005, tähdenpeittohavaintojen avulla, kts linkki ] Rykelmien epäsuora todentaminen on kuitenkin mahdollista jo ennen Cassini-mittauksiakin, käyttämällä hyväksi Saturnuksen renkaiden ulko-osissa havaittua kirkkaus-asymmetriaa. Simulaatioiden ennustaman asymmetrian perusteella voimme arvioida partikkelien fysikaalisia ominaisuuksia, kuten sisäistä tiheyttä ja kimmoisuutta. Tuloksiemme mukaan rengaspartikkelien tiheys on mm. selvästi maanpäällisen jään tiheyttä pienempi.
Toinen planetaarisiin renkaisiin liittyvä tutkimusongelma on satelliittien aiheuttamat häiriöt. Nämä ovat sinänsä vähäisiä, mutta ns. resonanssietäisyyksillä niiden vaikutus kasaantuu ajan mukana. Tämä voi johtaa mm. aukkojen ja tiukkaan kiertyneiden spiraaliaaltojen syntyyn, kuten on todettu Voyager-mittauksissa. Uusimmat resonansseja koskevat tutkimuksemme ovat koskeneet Neptunuksen ns. osittaista rengasta. Tämä kapea, etupäässä pölystä koostuva rengas poikkeaa kaikista muista rengassysteemeistä siinä, että sen muodostama materiaali ei ole jakaantunut tasaisesti planetaan ympärille, vaan on keskittynyt muutamaan kaarimaiseen tihentymään, jotka kaikki kiertävät samalla puolella yhteistä rataansa. Olemme vastikään esittäneet selityksen (julkaistu Science-lehdessä), joka tarjoaa stabiilin dynaamisen mallin kaarille, ottamalla huomioon niissä olevien isojen partikkelien gravitaation vaikutuksen pölyyn.
2) Galaksien dynamikka
Galaksitutkimuksessa koordinoimme, yhdessä Alabaman yliopiston ja Kanarian saarten tähtitieteen instituutin IAC:n kanssa laajaa, varhaisia linssigalakseja koskevaa havaintoprojektia, käyttäen ESO:n (European Southern Observatory; VLT, NTT), La Palman (NOT, WHT, TNG) sekä Cerro Tololon teleskooppeja. Havainto-ohjelma keskittyy pääasiassa galaksien optiseen ja infrapuna kuvaukseen, mutta osa tutkimuksestamme liittyy myös galaksien kinematiikkaan. Tekemiämme havaintoja käytämme mm. teoreettiseen mallintamiseen N-kappaleen simulaatioiden avulla. Osana kinemaattisia tutkimuksia olemme my\"os mukana Fabry-Perot instrumenttihankkeessa ESO:n NTT teleskoopille. Lisäksi osallistumme Nils Bervallin (Uppsalan Yliopisto) johtamaan projektiin, jossa tutkitaan pienen pintakirkkauden omaavia galakseja käyttäen Spitzer avaruusteleskooppia.
Yksityiskohtaiset rakenneanalyysimme ovat osoittaneet että pallomaisten rakennekomponenttien massa on lähes puolet pienempi aiempiin arvioihin verrattuna. Tulos sopii huonosti hypoteesiin, jonka mukaan linssigalaksit olisivat syntyneet pääasiassa galaksien yhteentörmäyksissä kehityksen varhaisessa vaiheessa.
Aiemmat galaksitutkimuksemme ovat selvittäneet myös galaksien välisten gravitaatio-vuorovaikutusten osuutta galaksiparien aktiivisuuteen, sekä voimakkaiden ns. grand-design spiraalihaarojen syntyyn. Tärkein tuloksista on ollut yksityiskohtainen simulaatiomalli tunnetulle M51-systeemille. Simulaatioiden toinen pääsovellutus on ollut galaksien sauvojen yhteys kaasukomponentissa esiintyviin rengasrakenteisiin, käyttäen hyväksi Alabaman yliopiston laajaa havaintoaineistoa. Olemme mm. laatineet mallin eräälle tyypilliselle sauvagalaksille, joka selittää yksityiskohtaisesti siinä esiintyvät rengasrakenteet, ja antaa tarkan ylarajan galaksissa olevan ns. pimeän massan määrälle. Kyseinen malli on myös ensimmäinen, jossa on täysin kiistattomasti osoitettu havaittujen kaasurenkaiden ja pyörivän sauvapotentiaalin resonanssi-kohtien yksikäsitteinen vastaavuus.
Julkaisut v. 2000-
Uusimmat artikkelit (kansainväliset referee-lehdet):
2012:
2011:
2010:
2009:
2008:
2007:
2006:
2005:
2004:
2003:
2002:
2001:
2000:
1999:
1998:
Väitöskirjat:
Kirjoissa julkaistut referoidut artikkelit (vain v. 2001):
Kirjoissa julkaistut Proceeding-artikkelit (vain v. 2001):
Ulkomaiset kokousabstraktit:
Kotimaiset kokousabstraktit: