Zamislite da gledate crvene kuće, a ponekad vidite kako vrana leti pored. Vrana i kuća mogu biti udaljeni kilometrima, pa to mora biti nemoguće, zar ne? Pa, prema novom istraživanju ako pogledate kvazar, vidjet ćete galaksiju ispred 25% vremena. Ali za eksplozije gama zraka, gotovo uvijek postoji galaksija koja intervenira. Iako bi ih se moglo razdvojiti milijardama svjetlosnih godina. Zamislite to. Dr. Jason X. Prochaska, sa Sveučilišta u Kaliforniji, Santa Cruz razgovara sa mnom o čudnim rezultatima koje su pronašli i što bi mogli biti uzrok.
Poslušajte intervju: Zagonetna razlika (7,8 MB)
Ili se pretplatite na Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: U redu, kako bi ljudima pružili pozadinu, koja je razlika između pucanja gama zraka i kvazara? Valjda su prilično različiti.
Dr. Prochaska: Da, možda ću započeti sa sličnostima. Oboje su vrlo zanimljivi objekti za proučavanje kozmologije, jer su izrazito svijetli predmeti. Druga je sličnost to što vjerujemo da su obje povezane s crnim rupama, ali nakon toga postoji velika razlika između dvije vrste objekata. Smatra se da su kvazari supermasivne crne rupe - toliko crne rupe, ali izuzetno masivne, u nekim slučajevima ogromne poput galaksije. Prodiranje plina u crnu rupu zagrijava se i svjetlost koju vidimo je kvazar. Budući da su supermasivni, mogu akumulirati puno i puno plina, i kao rezultat toga mogu blistati jako, što se može vidjeti sa velike udaljenosti.
Barem gama zraka, barem na čemu se zasniva ovaj rad - postoje dvije vrste - rezultat je ogromne zvijezde, jednostruke zvijezde, ali prilično masivne, što je 10-50 puta veće kao naše Sunce, stiže sa smrću zvijezde. Na kraju svog prirodnog vijeka. Nakon smrti stvara crnu rupu, a neki dio tih zvijezda, vjerujemo, stvara eksplozije gama zraka.
Fraser: I napravili ste istraživanje kvazira i rafala gama zraka i što ste otkrili?
Dr. Prochaska: Prvo sam stavila studenta na projekt s kvazarima. Postoji javna baza podataka nazvana Sloan Digital Sky Survey, a ona je istraživala veliki dio sjevernog neba. I uzeli su spektar vjerovatno blizu milijun objekata, uglavnom istraživanje galaksije u središtu toga. Pored proučavanja galaksija, proučavali su i kvazare. Sada su uzeli spektroskopiju od oko 60 000 kvazara i javno objavili te podatke svima na planeti koji to žele. Više ili manje, kretali smo se po toj bazi podataka, tražeći potpise galaksija koje leže između nas i kvazara. Dakle, ako imate kvazar na vrlo velikoj udaljenosti, kako obično leže, postoji vjerojatnost da između nas i tog kvazara postoji prilično velika galaksija. Galaksija se otkriva linijama apsorpcije na kvazaru. Dakle, analizirate spektar kvazara, vidite ove osobine povezane s kvazarom koje su vrlo karakteristične, ali možda ćete primijetiti odsutnost svjetla u ovom slučaju. Otisak same galaksije koja slučajno leži između nas i kvazara. Takva je znanost nešto što se bavim zadnjih 12 godina. Učenik je pregledao tih 50 000 kvazara u Sloan anketi i izbrojio koliko često mi imamo galaksiju koja leži između nas i kvazara. To je prvi korak i postoji puno znanosti koja može doći iz takve potrage za tim galaksijama.
Fraser: Dakle, možda nećete moći vizualno vidjeti postoji li galaksija, ali to možete otkriti.
Dr. Prochaska: To je tačno. Naš vlastiti Mliječni put prepun je zvijezda i plina i prašine. Što se tiče bariona, protoni i neutroni. Glavne tri faze koje barioni obitavaju u Mliječnom putu su zvijezde, koje prilično lako vidite, plin, koji je manje ili više nevidljiv, ali emitira 21 cm - dobro poznata tehnika koja se koristi za mapiranje plina u našoj galaksiji s radio teleskopi. Ali plin također može apsorbirati svjetlost. Emitira valne duljine od 21 cm, ali apsorbira i na određenim frekvencijama. Apsorbirat će svjetlost iz pozadinskog predmeta. I tako gotovo sve galaksije nemaju samo zvijezde, već i plin iz koga se zvijezde formiraju, a čovjek može otkriti galaksiju, potpis te galaksije proučavanjem plina. I to je tehnika koju koristimo za kvazare i to je ista tehnika koju koristimo za eksplozije gama zraka.
Fraser: Da, a što ste pronašli s rafalima gama zraka?
Dr. Prochaska: Zapravo, jedna važna stvar koju sam izostavio uspoređujući kvazare i gama zrake je da su oni vrlo svijetli. Kao i kod svog imena, oni emitiraju puno gama zraka, ali dobar dio njih - sigurno više od polovice - također emitiraju zračenje u ultraljubičastom, rendgenskom, optičkom svjetlu, čak i radio svjetlu, i vrlo su svijetli na tim frekvencijama , I tako ih možemo vidjeti širom Svemira u ultraljubičastim ili optičkim frekvencijama i koristiti ih za proučavanje plina koji leži između nas i praska gama zraka. Ono što se u ovom trenutku razlikuje u kvazarima jest to da je otkriveno mnogo manje eksplozija gama zraka. Za otkrivanje ovih pojava potreban je svemirski satelit, prilična količina tehnologije koja do nedavno nije postojala na sjajnoj razini. Dakle, broj otkrivenih stvari i dalje je u tisućama, ali samo 1-200 koje možemo detaljno proučiti. To je ono što radimo, uzimajući čak i podskup od tih 100 ili više, stekli smo spektar praska gama zraka i ponovo tražili potpis galaksija koje leže između nas i praska, opet kroz gas. Rezultat je da, iako imamo mali uzorak eksplozija gama zraka, značajno značajna prekomjerna masa više galaksija prema eksplozijama gama zraka tada postoji prema kvazarima.
Fraser: Koliko još?
Dr. Prochaska: Broj je 4, to je dobro izmjereno, rekao bih da je greška 1, dakle 4 plus ili minus 1. Ono što je značajno jeste da je to poboljšanje. Poboljšanje se može jednog dana pokazati 3 ili možda 1,5, ali pojačanje u kvazaru vrlo je zvučno.
Fraser: Iz nekog razloga, između nas i udaljenih raspada gama zraka ima više galaksija nego što je između nas i kvazara. Kako je to moguće? Toliko su udaljeni.
Dr. Prochaska: U redu, i to je ono što prvo treba naglasiti, da unaprijed, ne očekujemo da galaksije koje nasumično upadaju u kvarsere ili gama zrake imaju ikakve veze s tim pozadinskim izvorom svjetlosti. Opet nalazimo kvazar na velikoj udaljenosti od nas, galaksija je također na udaljenosti od nas, ali isto tako, vrlo velika udaljenost od kvazara. Toliko da ne biste očekivali nikakvo udruživanje; nema gravitacijske asocijacije, nema elektromagnetske, nema fizičke povezanosti između galaksije koju identificiramo i kvazara. A isto vrijedi i za eksperiment raspada gama zraka. Eksplozije gama zraka nalaze se na velikoj udaljenosti od nas, vidimo galaksije prema njemu - nalaze se na velikoj udaljenosti od nas, ali i na velikoj udaljenosti od praska gama zraka. I opet, nemamo a priori očekivanja o bilo kakvom fizičkom odnosu između te galaksije i praska gama koji se krije iza nje. Sigurno je na površini prilično zapanjujući, test je prilično jasan. Naša neposredna reakcija je, ok, što se događa?
Postoje tri pristranosti ili objašnjenja - u astronomiji bismo ih nazvali pristranosti odabira. I tri ključna objašnjenja, očita objašnjenja koja bi vam mogla dati ovaj rezultat su prva: prašina. Kao što sam rekao, Galaksije imaju materiju u tri faze: u zvijezdama, plinu i prašini. Većina galaksija ili vjerojatno sve galaksije imaju prašinu u sebi. A ključni aspekt prašine je da gasi pozadinski izvor. Tako posipate malo prašine između vas i kvazara, i učinit ćete to slabije. Sve ove galaksije imaju prašinu u sebi, a mogli biste zamisliti da zapravo nedostaju kvazari kada to istraživanje napravite po cijelom nebu. Galaksije koje u sebi imaju mnogo prašine zasut će kvazar, a nikad ga nećete gledati. Nikada se neće uzeti u vaš uzorak. Ali pragovi gama zraka, koji se otkrivaju vrlo drugačijim pristupom, koristeći gama zrake, ne bi bili osjetljivi na tu prašinu - i dalje biste potencijalno otkrili prasak gama zraka i ubrojili ga u svoj uzorak. Pa biste završili s prekomjernom količinom objekata u uzorku gama zraka, s nedostatkom kvazara zbog prašine. Razlog zašto ne mislimo da je to odgovor je taj što imamo dobar osjećaj kolika je prašina galaksije, a nije dovoljno ukloniti dovoljno kvazara iz uzorka da bismo nadoknadili razliku s faktorom 4.
To je objašnjenje broj 1. Broj 2 bi bio da je naša apriorna pretpostavka da plin nema nikakve veze s pucanjem gama zraka ili je kvazar pogrešan. Rekao sam da se taj plin nalazi na velikoj udaljenosti od nas, i kvazara i gama zrake. Vjerojatno najteži problem astronomije zapravo je probijanje udaljenosti. Nisam baš mjerenje udaljenosti plina, već crveni pomak plina, i to mi daje procjenu udaljenosti, pod pretpostavkom da je crveni pomak nastao zbog širenja Svemira. Stvarno crveni pomak je samo brzina. Dakle, mjerim brzinu plina, mjerim brzinu pucanja gama zraka. Znam da su ta dva različita, da znam s apsolutnom znanstvenom činjenicom. Pretpostavljam da je razlika u brzinama posljedica širenja Svemira, a samim tim i udaljenosti između objekata. Ali moguće je da su eksplozije gama zraka zapravo ispljuvale taj plin tijekom eksplozije, recimo, vrlo velikim brzinama, tako da ima različitu brzinu od same pucanja gama zraka, i to je razlog razlike u crvenom pomicanju, i stoga me navodi da kažem da imaju različite udaljenosti. Dakle, ukratko, objašnjenje za broj 2 je da gama zraci izbacuju plin s vrlo velikim brzinama, a mi ga mjerimo i nazivamo galaksijom, jer se u stvari samo plin izbacuje iz rafala gama zraka , To je još uvijek održiva opcija. Kontraargument mu je čvrst i to što smo u mnogim slučajevima prepoznali ne samo plin, već i zvijezde iz galaksije koja mora biti domaćin tom plinu. Dakle, ne samo da bi plin trebao biti izbačen, već bi galaksija trebala biti izbačena rafalom gama zraka, i to će početi širiti maštu.
Dakle, to vodi do vrata broj 3, a to je gravitacijsko leće. Galaksije, bilo što s masom, imaju učinak tako što predmete iza sebe čine vizualno svjetlijim nego što zapravo jesu. Mislimo da ovdje imamo galaksije, znamo da imamo masovnu koncentraciju, pa je sasvim moguće da oni utječu na svjetlinu objekta iza sebe, a gama zrake postaju mnogo svjetlije nego što bi inače bile. Glavni razlog zašto vidimo puknuće gama zraka je taj što tamo imamo galaksiju. Potrebna nam je galaksija tamo kako bismo vidjeli gama zrake. A to je efekt odabira, da kad ne bismo imali galaksiju, ne bismo je vidjeli, a to dovodi do prevelike kvadrata, gdje su kvazari možda dovoljno svijetli bez galaksija. A gravitacijsko sočivanje, kao što vjerojatno možete reći, nije nešto na čemu sam izravno radio, ali stručnjaci na terenu kažu mi da to nije vjerovatno objašnjenje ili prevladavajuće objašnjenje rezultata.
Fraser: Dakle, pomalo vam ponestaje ideja.
Dr. Prochaska: Da, sigurno smo prošli kroz tri očita, ona koja bi svatko smislio, i pritom imamo prilično jake protuargumente. Druga grupa je iznjedrila još jednu četvrtu ideju, za koju mislim da je bila prilično pametna, da kvazari imaju veličinu razlike od eksplozije gama zraka. Malo je suptilno kako bi to moglo napraviti veliku razliku, ali oni su rekli, možda je to objašnjenje, ali ipak smo i drugi uistinu snažni protuargumenti protiv vrata broj 4 u ovom trenutku. Predložene 4 pristojne ideje imaju za sobom nedostatak.
Fraser: Pa što je onda sljedeće? Pretpostavljam da ćete potražiti više podataka.
Dr. Prochaska: Svakako želim isključiti da je plin povezan s rafalima gama zraka, da je iz pucanja gama zraka. Želio bih dokazati da to sigurno nije istina, a način da to učinim je prepoznati stvarnu galaksiju i zvijezde koje su povezane s plinom. Tako se ljudi iz našeg tima i drugih timova vraćaju nazad i traže galaksiju koja zapravo drži gorivo. Da nismo pronašli galaksije, mislim da bi to bilo više vjerovanja u ideju da se plin izbacio eksplozijom gama zraka. Dakle, sigurno se mora raditi na proučavanju galaksija koje su povezane. U istim crtama možemo zaključiti koliko je masa u galaksijama i bolje testirati hipotezu o gravitacijskom lećanju, kao i naučiti koliko je prašine u galaksijama kako bismo testirali hipotezu o prašini. Čak i dok ih igram prema dolje, mislim da je sigurno potrebno što više naučiti o galaksijama uslijed gama-rana da vidimo postoji li nešto smiješno ili bilo koja druga svojstva koja bi mogla objasniti rezultat. Druga očigledna stvar koja će se učiniti i to će biti učinjeno je samo čekati da se pojave novi gama zraci i ponoviti taj eksperiment na više vidnih linija. I tako trenutno radi ovaj NASA Swift svemirski teleskop, gdje ćemo dobiti 10s možda čak 100s više eksplozija gama zraka na kojima možemo ponoviti ovaj eksperiment, i vrlo razumljivo shvatiti koliko je to statistički značajan.
Fraser: Postoji li neka potpuno dobra ideja za koju mislite da je moguća?
Dr. Prochaska: Siguran sam da će u tom pravcu biti napisani i papiri. Ovo zasad neće biti moja omiljena opcija Ali, ja sam znanstvenik, ja sam realista. Donijeli smo poruku da postoji ovaj osebujni nalaz, i jako smo teško gledali kako smo napravili studiju, radili smo jabuke do jabuke najbolje što smo mogli i mislim da smo u tome pošteno radili. To je vrsta koraka 1. Korak 2, kao promatrač, osjećam kao da bih trebao biti u stanju objasniti rezultat kad ga dobijemo. Kao što rekoh, smislili smo tri ideje i, nažalost, mislim da se trenutno nije zaglavila nijedna od njih. Ako uspijem ubiti sve ideje i ako rezultat dobro napreduje sa sljedećih 50 pucanja gama zraka, tada se morate spustiti na svoje početne pretpostavke; jedan od njih je kozmologija onako kako je znamo. Kažem da sam negdje blizu toga, ali dajte mi dvije godine i ako se stvari ne promijene od onoga što vidimo, da, mislim da morate vratiti korak do koraka 0 u svom nizu pretpostavki o svemir.
