Predstavljajte si, da gledate rdeče hiše in včasih zagledate vrana, ki leti mimo. Vrana in hiša bi lahko bili kilometri narazen, zato mora biti to nemogoče, kajne? No, po novi raziskavi, če pogledate na kvazar, boste videli galaksijo pred 25% časa. Toda za razpoke gama žarkov skoraj vedno obstaja intervencijska galaksija. Čeprav bi jih lahko ločili milijarde svetlobnih let. Ugotovite to. Dr. Jason X. Prochaska, iz kalifornijske univerze, Santa Cruz, mi govori o nenavadnih rezultatih, ki so jih našli in kaj bi lahko bili vzrok.
Poslušajte intervju: Zagonetna razlika (7,8 MB)
Ali pa se naročite na Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: V redu, da bi ljudem dali nekaj preteklosti, kakšna je razlika med eksplozijo gama žarkov in kvazarjem? Mislim, da sta precej različna.
Dr. Prochaska: Da, morda bom začel s podobnostjo. Oba sta zelo zanimiva predmeta za proučevanje kozmologije, ker sta izredno svetla predmeta. Druga podobnost je, da verjamemo, da sta oba povezana s črnimi luknjami, toda po tem je velika razlika med obema vrstama predmetov. Za kvazarje velja, da so supermasivne črne luknje - tako črne luknje, vendar izredno masivne, v nekaterih primerih tako masivne kot galaksije. Napadanje plina na črno luknjo se segreva in luč, ki jo vidimo, je kvazar. Ker so supermasivni, lahko kopičijo veliko in veliko plina in posledično lahko svetijo zelo svetlo, kar je vidno z zelo velikih razdalj.
Vsaj praska gama, na katerem temelji ta prispevek - obstajata dve vrsti - je rezultat ogromne zvezde, enojne zvezde, vendar precej masivne, približno 10-50-krat večje od našega Sonca, prispe s smrtjo zvezde. Na koncu svoje naravne življenjske dobe. Po smrti ustvari črno luknjo in nekaj del teh zvezd, verjamemo, ustvarjajo razpoke gama žarkov.
Fraser: In naredili ste raziskavo kvazarjev in gama žarkov in kaj ste ugotovili?
Dr. Prochaska: Študent sem najprej postavil na projekt s kvazarji. Obstaja javna baza podatkov, imenovana Sloan Digital Sky Survey, in raziskala je velik del severnega neba. Vzeli so spekter, ki je verjetno blizu milijon predmetov, v glavnem raziskovanje galaksije v središču. Poleg študija galaksij so preučevali tudi kvazarje. Zdaj so vzeli spektroskopijo približno 60.000 kvazarjev in jih javno objavili vsem na planetu, ki to želijo. Več ali manj smo brskali po tej bazi podatkov in iskali podpise galaksij, ki ležijo med nami in kvazarji. Torej, če imate kvazar na zelo veliki razdalji, saj ponavadi lažejo, obstaja možnost, da je med nami in tem kvazarjem precej velika galaksija. Galaksija se razkriva z absorpcijskimi črtami na kvazarju. Torej, ko analizirate spekter kvazarja, vidite te lastnosti, povezane s kvazarjem, ki so zelo izrazite, vendar boste v tem primeru morda videli odsotnost svetlobe. Prstni odtis same galaksije, ki naključno leži med nami in kvazarjem. Takšna znanost je nekaj, česar se ukvarjam zadnjih 12 let. Študent sem v raziskavi Sloan preučil teh 50.000 kvazarjev in preštetil, kako pogosto med nami in kvazarjem leži galaksija. To je prvi korak z maticami in iz takšnega iskanja teh galaksij lahko nastane veliko znanosti.
Fraser: Torej morda ne boste mogli videti vizualno, če je tam galaksija, vendar jo lahko zaznate.
Dr. Prochaska: Tako je. Naša mlečna pot je polna zvezd, plina in prahu. Kar se tiče barionov, protonov in nevtronov. Glavne tri faze, ki jih barjoni prebivajo v Mlečni poti, so zvezde, ki jih precej zlahka vidite, plin, ki je bolj ali manj neviden, vendar oddaja 21 cm - dobro znana tehnika, ki se uporablja za kartiranje plina v naši galaksiji z radijski teleskopi. Toda plin lahko absorbira tudi svetlobo. Izpušča pri valovnih dolžinah 21 cm, vendar absorbira tudi pri določenih frekvencah. Absorbirala bo svetlobo iz predmeta iz ozadja. In tako rekoč vse galaksije nimajo le zvezd, ampak plin, ki ga zvezde tvorijo, in človek lahko zazna galaksijo, podpis te galaksije, če preuči plin. In to je tehnika, ki jo uporabljamo za kvazarje in je ista tehnika, ki jo uporabljamo za eksplozije gama žarkov.
Fraser: Kajne, in kaj ste ugotovili z razpoki gama žarkov?
Dr. Prochaska: Dejansko je ena pomembna točka, ki sem jo izpustil pri primerjavi kvazarjev z razpoki gama žarkov, ta, da so zelo svetli. Tako kot pri svojem imenu oddajajo veliko gama žarkov, vendar dober del njih - zagotovo več kot polovica - tudi oddaja sevanje v ultravijolični, rentgenski, optični svetlobi, celo radijski svetlobi in so na teh frekvencah zelo svetle . Tako jih lahko vidimo po vesolju v ultravijoličnih ali optičnih frekvencah in jih uporabimo za preučevanje plina, ki leži med nami in razpoka gama žarkov. Vsaj zaenkrat se v kvazarjih razlikuje, da je bilo odkritih veliko manj razpokov gama žarkov. Za zaznavanje teh pojavov potrebuje vesoljski satelit, kar precej tehnologije, ki še do nedavnega ni obstajala. Torej je število odkritih stvari še vedno v 1000-ih, vendar le 1-200, ki jih lahko podrobno preučimo. To je tisto, kar počnemo, vzeli smo celo podskupino od teh 100 ali več, pridobili spekter razpoka gama žarkov in znova iskali podpis galaksij, ki ležijo med nami in razpokom, spet skozi plin. Rezultat je, da čeprav imamo majhen vzorec razpokov gama žarkov, je znatno večja množica galaksij proti izbruhom gama žarkov, potem pa tudi kvasom.
Fraser: Koliko še?
Dr. Prochaska: Število je zdaj 4, kar je bilo dobro izmerjeno, rekel bi, da je napaka 1, torej 4 plus ali minus 1. Pomembno je, da gre za izboljšanje. Izboljšava se lahko nekega dne izkaže za 3 ali morda 1,5, vendar je izboljšava nad kvazarjem zelo dobra.
Fraser: Iz nekega razloga je več galaksij med nami in oddaljenimi gama žarki, kot jih je med nami in kvazarji. Kako je to mogoče? Tako daleč sta narazen.
Dr. Prochaska: Prav, in to je treba najprej poudariti, da vnaprej ne pričakujemo, da bodo galaksije, ki jih naključno zasipavamo s kvazarji ali gama žarki, kaj skupnega s tem svetlobnim virom v ozadju. Spet najdemo kvazar na veliki razdalji od nas, galaksija je tudi oddaljena od nas, a hkrati tudi zelo velika oddaljenost od kvazarja. Toliko, da ne bi pričakovali nobene zveze; nobene gravitacijske asociacije, nobene elektromagnetne, nobene fizične povezave med galaksijo, ki jo identificiramo, in kvazarjem. Enako velja za eksperiment razpočenja gama žarkov. Izbruhi gama žarkov so na veliki razdalji od nas, vidimo galaksije proti njemu - so na veliki razdalji od nas, pa tudi na veliki razdalji od razpoka gama žarkov. In spet nimamo a priori pričakovanih kakršnih koli fizičnih odnosov med to galaksijo in razpokom gama žarkov, ki leži za njo. Vsekakor je na površini precej osupljiv, test je precej preprost. Naša takojšnja reakcija je v redu, kaj se dogaja?
Obstajajo tri pristranskosti ali razlage - v astronomiji bi jim rekli izbirna pristranskost. In tri ključne razlage, očitne razlage, ki bi vam lahko prinesle ta rezultat, so najprej: prah. Galaksije, kot sem rekel, imajo materijo v treh fazah: v zvezdah, plinu in prahu. Večina galaksij ali verjetno vse galaksije imajo v sebi prah. Ključni vidik prahu je, da ugasne vir ozadja. Torej poškropite nekaj prahu med vami in kvazarjem, ki ga boste omedleli. Vse te galaksije imajo v sebi prah in lahko si predstavljate, da dejansko manjkajo kvazarji, ko to anketo izvajate po celem nebu. Galaksije, ki imajo v sebi veliko prahu, bodo zatemnile kvazar, in tega ne boste nikoli pogledali. Nikoli ne bodo všteti v vaš vzorec. Toda razpoki gama žarkov, ki jih zaznamo z zelo drugačnim pristopom z uporabo gama žarkov, ne bi bili tako občutljivi na ta prah - še vedno bi potencialno zaznali razpok gama žarkov in ga prešteli v svojem vzorcu. Torej bi končali s prekomernim številom predmetov v vzorcu gama žarkov, če kvasovk zaradi prahu ni. Razlog, zakaj ne mislimo, da je to odgovor, je ta, da imamo dober občutek, koliko prahu so galaksije, in ni dovolj, da iz vzorca odstranimo dovolj kvazarjev, da nadomestimo razliko s faktorjem 4.
To je torej pojasnilo številka 1. Številka 2 bi bila naša a priori domneva, da plin nima nobene zveze s porušitvijo gama žarkov ali je kvazar napačen. Rekel sem, da je ta plin zelo oddaljen od nas in od kvazarja in gama žarkov. Verjetno je najtežja težava v astronomiji pravzaprav daljša razdalja. Resnično ne merim razdalje plina, merim rdeč premik plina, in to mi da oceno razdalje pod domnevo, da je rdeče premikanje posledica širitve Vesolja. Resnično rdeče premikanje je le hitrost. Torej merim hitrost plina, merim hitrost porušitve gama žarkov Vem, da sta si dva različna, kar vem z absolutnim znanstvenim dejstvom. Predvidevam, da so razlike v hitrostih posledica širitve Vesolja in s tem razdalje med predmeti. Mogoče pa je, da so eksplozije gama žarkov dejansko eksplodirale ta plin med eksplozijo, recimo, z zelo velikimi hitrostmi, tako da ima hitrost drugačno od samega porušitve gama, in to je razlog za razliko v rdečem premiku, in zato mi pravijo, da imajo razdalje. Torej, na kratko, razlaga številke 2 je, da razpoki gama žarkov oddajajo plin z zelo velikimi hitrostmi in merimo ta plin in ga imenujemo galaksija, ko pravzaprav samo plin izpušča iz razpokov gama žarkov . Trenutno je to še vedno izvedljiva možnost. Protiargument zanj je trden, da v mnogih primerih nismo prepoznali samo plina, temveč tudi zvezde iz galaksije, ki mora biti gostitelj tega plina. Torej ne samo, da bi morali plin izstreliti, ampak bi moralo galaksijo izstreliti izbruh gama žarkov, kar začne raztezati domišljijo.
Torej to vodi do vrat številka 3, kar je gravitacijsko leče. Galaksije, karkoli z maso, učinkujejo tako, da naredijo predmete za njimi vizualno svetlejše, kot so v resnici. Mislimo, da imamo tukaj galaksije, vemo, da imamo masno koncentracijo, zato je povsem mogoče, da vplivajo na svetlost predmeta za njimi, zaradi česar gama žarki postanejo veliko svetlejši, kot bi bili sicer. Glavni razlog, da vidimo eksplozije gama žarkov, je v tem, da imamo tam galaksijo. Tam potrebujemo galaksijo, da vidimo, da se gama žarki razpočijo. In to je izbirni učinek, če če ne bi imeli galaksije, je ne bi videli, kar vodi v prekomerno množico kvazarjev, kjer so kvazarji morda dovolj svetli brez galaksij. A gravitacijsko lečenje, kot verjetno verjetno veste, ni nekaj, na čemer sem neposredno delal, ampak strokovnjaki na tem področju mi pravijo, da to ni verjetno razlaga ali prevladujoča razlaga rezultata.
Fraser: Tako vam nekako zmanjka idej.
Dr. Prochaska: Da, zagotovo smo se spopadli s tremi očitnimi, tistimi, ki bi jih kdo prišel, in vendar imamo dokaj močne nasprotne argumente z njimi. Druga skupina se je pojavila s še eno četrto idejo, ki se mi zdi precej pametna, da imajo kvazarji velikost razlike od razpoka gama žarkov. Nekoliko je subtilno, kako bi to lahko zelo spremenilo, vendar so dejali, da je morda to tudi razlaga, vendar smo na tej točki in drugi prišli do res močnih nasprotnih argumentov proti vratom št. 4. Predlagane štiri spodobne ideje so neuspešne.
Fraser: Torej, kaj je potem? Predvidevam, da boste iskali več podatkov.
Dr. Prochaska: Zagotovo želim izključiti, da je plin povezan z razpoki gama žarkov, to je, da se sproži iz eksplozije gama žarkov. Rad bi dokazal, da to zagotovo ni res, in način, kako to storiti, je prepoznati dejansko galaksijo in zvezde, ki so povezane s plinom. Tako se ljudje iz naše ekipe in drugih ekip vračajo nazaj in iščejo galaksijo, ki dejansko drži plin. Če ne bi našli galaksij, bi bilo po mojem mnenju to, da bi plin izstrelil gama žarke, bolj zaupal. Zagotovo je treba še preučiti povezave galaksij. V istih vrsticah lahko sklepamo, koliko mase je v galaksijah in bolje preizkusimo hipotezo o gravitacijskem lečenju, pa tudi, da se naučimo, koliko prahu je v galaksijah, da testiramo hipotezo o prahu. Tudi ko jih predvajam in mislim, da nas vsekakor čaka, da izvemo čim več o galaksijah, ki se nahajajo proti razpokom gama, da vidimo, ali se dogaja kaj smešnega ali kakšne druge lastnosti, ki bi lahko razložile rezultat. Druga očitna stvar, ki jo bomo storili, je samo počakati, da se bo pojavilo več eksplozije gama žarkov in ponoviti ta eksperiment na več vidnih linijah. In tako trenutno deluje vesoljski teleskop NASA Swift, kjer bomo prejeli 10-krat, morda celo 100-krat več eksplozij gama žarkov, na katerih lahko ponovimo ta eksperiment, in zelo dobro ugotovili, kako statistično je pomemben.
Fraser: Ali obstaja kakšna ideja, ki je povsem tam zunaj, za katero mislite, da bi bila mogoča?
Dr. Prochaska: Prepričan sem, da bodo v teh vrsticah napisani dokumenti. Zaenkrat to ne bo moja najljubša možnost. Ampak, sem znanstvenik, sem realist. Prinesli smo sporočilo, da obstaja ta posebna ugotovitev, in zelo težko smo pogledali, kako smo izvedli študijo, naredili jabolka do jabolk po svojih najboljših močeh in mislim, da smo se pošteno lotili tega. To je nekakšen korak 1. Korak 2 kot opazovalec menim, da bi moral biti sposoben razložiti rezultat, ko ga bomo dobili. Kot sem že rekel, smo prišli do treh idej in na žalost mislim, da se nobena od teh še ni zataknila. Če lahko ubijem vse zamisli in če rezultat dobro ustreza naslednjim 50 razpokom gama žarkov, se morate potem vrniti navzdol do svojih začetnih predpostavk; ena izmed njih je kozmologija, kot jo poznamo. Pravim, da sem kjer koli blizu tega, ampak dajte mi dve leti in če se stvari ne bodo spremenile glede na to, kar vidimo, ja, mislim, da morate iti vse do koraka 0 v svojem predpostavki o vesolje.
