Se for deg å se på røde hus, og noen ganger ser du en kråke fly forbi. Kråka og huset kan være miles fra hverandre, så dette må være umulig, ikke sant? I følge en ny undersøkelse, hvis du ser på en kvasar, vil du se en galakse foran 25% av tiden. Men for gammastråleutbrudd er det nesten alltid en mellomliggende galakse. Selv om de kunne skilles med milliarder av lysår. Finn ut det. Dr. Jason X. Prochaska, fra University of California, Santa Cruz snakker med meg om de rare resultatene de har funnet, og hva som kan være årsaken.
Hør intervjuet: A Puzzling Difference (7.8 MB)
Eller abonner på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: OK, for å gi folk litt bakgrunn, hva er forskjellen mellom en gammastråle og en kvasar? Jeg antar at de er ganske forskjellige.
Dr. Prochaska: Ja, kanskje jeg begynner med likhetene. De er begge veldig interessante objekter for studiet av kosmologi fordi de er ekstremt lyse objekter. En annen likhet er at vi tror de begge er relatert til sorte hull, men etter det er det stor forskjell mellom de to objekttypene. Kvasarer antas å være supermassive sorte hull - så sorte hull, men ekstremt massive, i noen tilfeller like store som en galakse. Tilførsel av gass på det sorte hullet varmes opp, og lyset vi ser er kvasaren. Fordi de er supermassive, kan de skaffe seg masse og mye bensin, og som et resultat kan de skinne veldig lyst som kan sees fra veldig store avstander.
I hvert fall en gammastråle som dette papiret er basert på - det er to typer - er resultatet av en massiv stjerne, en enkelt stjerne, men ganske massiv, i størrelsesorden 10-50 ganger så massiv som vår sol, ankommer med stjernens død. På slutten av sin naturlige levetid. Etter sin død skaper det et svart hull, og en del brøkdel av disse stjernene, tror vi skaper gammastråle.
Fraser: Og du gjorde en undersøkelse av kvasarer og gammastråler, og hva fant du?
Dr. Prochaska: Jeg satte først en student på et prosjekt med kvasarer. Det er en offentlig database som heter Sloan Digital Sky Survey, og den har kartlagt en stor brøkdel av den nordlige himmelen. Og de har tatt et spektre av sannsynligvis nær en million objekter, hovedsakelig en galakseundersøkelse i hjertet av den. I tillegg til å studere galakser, har de også studert kvasarer. De har tatt spektroskopi på rundt 60 000 kvasarer nå, og de har gitt ut disse dataene offentlig til alle på planeten som ønsker det. Mer eller mindre trillet vi gjennom den databasen og søkte etter underskrifter av galakser som ligger mellom oss og kvasarene. Så hvis du har en kvasar på veldig stor avstand, som de pleier å ligge, er det en sjanse for at det er en ganske stor galakse mellom oss og den kvasaren. Galaksen avslører seg ved absorpsjonslinjene på kvasaren. Så du analyserer spekteret til kvasaren, du ser disse funksjonene assosiert med kvasaren som er veldig særegne, men du kan se fraværet av lys i dette tilfellet. Fingeravtrykket til selve galaksen som tilfeldigvis ligger mellom oss og kvasaren. Den slags vitenskap er noe jeg har gjort de siste 12 årene nå. Jeg har fått studentene mine se gjennom disse 50 000 kvasarene i Sloan-undersøkelsen, og telle opp hvor ofte vi har en galakse mellom oss og kvasaren. Det er nøttene-og-boltene første skritt, og det er mye vitenskap som kan komme ut av et slikt søk etter disse galaksene.
Fraser: Så du kan kanskje ikke se visuelt om det er en galakse der, men du kan oppdage den.
Dr. Prochaska: Det stemmer. Vår egen Melkevei er full av stjerner og gass og støv. Når det gjelder baryonene, protonene og nøytronene. De tre viktigste fasene som baryonene ligger i Melkeveien er stjerner, som du ganske lett ser, gass, som er mer eller mindre usynlig, men som avgir 21 cm - en kjent teknikk som brukes til å kartlegge gass i vår galakse med radioteleskoper. Men gass kan også absorbere lys. Den avgir med 21 cm bølgelengder, men absorberer også ved bestemte frekvenser. Den vil absorbere lys fra et bakgrunnsobjekt. Og så stort sett har alle galakser ikke bare stjerner, men gassen disse stjernene dannes ut av, og man kan oppdage galaksen, signaturen til den galaksen ved å studere gassen. Og det er teknikken vi bruker for kvasarene, og det er den samme teknikken vi bruker for gammastråle.
Fraser: Rett, og hva fant du med gammastråleutbrudd?
Dr. Prochaska: Egentlig et viktig poeng som jeg slapp å sammenligne kvasarer med gammastråleutbrudd, er at de er veldig lyse. Som med navnet deres, avgir de mange gammastråler, men en god brøkdel av dem - sikkert mer enn halvparten - avgir også stråling i ultrafiolett, røntgen, optisk lys, til og med radiolys, og er veldig lyse i disse frekvensene . Og slik kan vi se dem over hele universet i de ultrafiolette eller optiske frekvensene, og bruke dem til å studere gassen som ligger mellom oss og gammastrålen. Det som er annerledes i kvasarene, for øyeblikket, er at det er mange færre gammastråleutbrudd som er blitt oppdaget. Det krever en romsatellitt for å oppdage disse fenomenene, en god mengde teknologi som ikke har eksistert på et stort nivå før nylig. Så antallet av disse tingene som er blitt oppdaget, er fortsatt tall på 1000-tallet, men bare 1-200 som vi kan studere i detalj. Det er det vi har gjort, og til og med en delmengde av de 100 eller så, skaffet spekteret av gammastråle-utbruddet, og igjen søkte etter signaturen til galakser som ligger mellom oss og utbruddet, igjen gjennom gassen. Nøtteskallresultatet er at mens vi har en liten prøve av gammastråle-utbrudd, en betydelig betydelig overflod av flere galakser mot gammastråle-utbrudd, så er det mot kvasarer.
Fraser: Hvor mange flere?
Dr. Prochaska: Antallet nå er 4, det har blitt målt godt, jeg vil si at feilen er 1, så 4 pluss eller minus 1. Det som er viktig, er at det er en forbedring. Forbedringen kan en dag vise seg å være 3 eller kanskje 1,5, men forbedringen over kvasaren er veldig lyd.
Fraser: Av en eller annen grunn er det flere galakser mellom oss og de fjerne gammastråle-utbruddene enn det er mellom oss og kvasarer. Hvordan er det mulig? De er så langt fra hverandre.
Dr. Prochaska: Rett, og det er tingen å først understreke er at vi i priori ikke har noen forventning om at galaksene som vi tilfeldig mot kvasarer eller gammastråler brister har noe med den bakgrunnskilden å gjøre. Igjen, vi finner en kvasar i stor avstand fra oss, galaksen er også på avstand fra oss, men også, samtidig, veldig stor avstand fra kvasaren. Så mye at du ikke forventer noen tilknytning; ingen gravitasjonsforening, ingen elektromagnetisk, ingen fysisk assosiasjon mellom galaksen som vi identifiserer og kvasaren. Og det samme er tilfelle for gammastråleeksperimentet. Gamma ray bursts er i stor avstand fra oss, vi ser galakser mot det - de er i stor avstand fra oss, men også i stor avstand fra gamma ray burst. Og igjen har vi ingen forhåndsforventninger til noe fysisk forhold mellom den galaksen og gammastrålen som ligger bak den. Visst på overflaten er det ganske fantastisk, testen er ganske grei. Vår umiddelbare reaksjon er, ok, hva skjer?
Det er tre skjevheter, eller forklaringer - i astronomi vil vi kalle dem utvalgte skjevheter. Og de tre viktige forklaringene, de åpenbare forklaringene, som kan gi deg dette resultatet er først: støv. Galakser har som sagt betydning i tre faser: i stjerner, gass og støv. De fleste galakser, eller sannsynligvis alle galakser, har støv i seg. Og det viktigste aspektet ved støv er at det slukker bakgrunnskilden. Så du drysser litt støv mellom deg og kvasaren, og du kommer til å gjøre det svakere. Disse galaksene har alle støv i seg, og du kan tenke deg at du faktisk mangler kvasarer når du gjør denne undersøkelsen over hele himmelen. Galakser som har mye støv i seg, vil skjule kvasaren, og du vil aldri se på det. Det blir aldri talt inn i prøven din. Men gammastråle-bursts, som blir oppdaget med en helt annen tilnærming, ved bruk av gammastråler, ville ikke være like følsomme for dette støvet - du vil fremdeles potensielt oppdage gammastråle-burst og telle det i prøven. Så du vil ende opp med en overtelling av gjenstander i gammastråleprøven, med fravær av kvasarer på grunn av støvet. Grunnen til at vi ikke tror det er svaret, er at vi har en god sans for hvor mye støv det er i galaksene, og det er ikke nok å fjerne nok kvasarer fra prøven til å kompensere for forskjellen med en faktor på 4.
Så det er forklaring nummer 1. Nummer 2 ville være at vår a priori antagelse, at gassen ikke har noe med gammastråleutbruddet å gjøre eller at kvasaren er feil. Jeg har sagt at denne gassen er i stor avstand fra oss, og fra kvasaren og fra gammastrålen. Sannsynligvis er det vanskeligste problemet i astronomi faktisk måling avstand. Jeg måler ikke egentlig avstanden til gassen, jeg måler rødforskyvningen av gassen, og det gir meg et estimat av avstanden, under forutsetning av at rødskiftet skyldes utvidelsen av Universet. Virkelig rødforskyvning er bare en hastighet. Så jeg måler hastigheten på gassen, og måler hastigheten på gammastrålen. Jeg vet at de to er forskjellige, som jeg vet med absolutt vitenskapelig faktum. Jeg antar at forskjellen i hastighetene skyldes utvidelsen av universet og derav avstanden mellom objektene. Men det er mulig at gammastråle-utbruddene faktisk har spyttet ut denne gassen under eksplosjonen, si, med veldig høye hastigheter, slik at den har en annen hastighet enn selve gammastrålen, og det er grunnen til forskjellen i rødskift, og dermed får meg til å si at de har forskjellig avstand. Så i et nøtteskall, er forklaringen til nummer 2 at gammastråle-utbruddene slipper ut gass med veldig høye hastigheter, og vi måler den gassen og kaller den en galakse, når det faktisk bare er gass som sprøytes ut fra gammastrålen . Det er fremdeles et levedyktig alternativ for øyeblikket. Motargumentet til det, og det er et solidt, er at vi i mange tilfeller ikke bare har identifisert gassen, men også stjerner fra galaksen som må være vert for den gassen. Så ikke bare måtte gassen kastes ut, men en galakse må kastes ut av gammastråle-brast, og det begynner å strekke fantasien.
Så det fører til dør nummer 3, som er gravitasjonslinser. Galakser, noe med masse, har en effekt ved å gjøre gjenstander bak seg visuelt lysere enn de faktisk er. Vi tror vi har galakser her, vi vet at vi har en massekonsentrasjon, så det er ganske mulig at de påvirker lysstyrken til objektet bak seg, og gjør gammastråleutbrudd mye lysere enn de ellers ville vært. Hovedårsaken til at vi ser gammastråler brast, er fordi vi har en galakse der. Vi trenger galaksen der for å se gammastråle briste. Og det er en seleksjonseffekt der hvis vi ikke hadde en galakse, vi ikke ville se den, og det fører til en overflod av kvasarer, der kvasarene kanskje er lyse nok uten galaksen. Og gravitasjonslinser, som du sikkert kan fortelle, er ikke noe jeg har jobbet med direkte, men ekspertene på området forteller meg at det ikke er en sannsynlig forklaring, eller den dominerende forklaringen på resultatet.
Fraser: Så du er litt tom for ideer.
Dr. Prochaska: Ja, vi har helt sikkert kjørt gjennom de tre åpenbare, de som noen vil komme med, og likevel ha ganske sterke motargumenter til dem. En annen gruppe kom med enda en fjerde ide, som jeg synes var ganske smart, at kvasarer har en forskjellstørrelse enn gammastråle. Det er litt subtilt for hvordan det kan utgjøre en stor forskjell, men de sa, kanskje det er forklaringen, og likevel har vi og andre kommet med veldig sterke motargumenter mot dør nummer 4 på dette tidspunktet. De 4 anstendige ideene som er blitt foreslått har svikt for dem.
Fraser: Så hva er det neste da? Jeg antar at du vil se etter flere data.
Dr. Prochaska: Jeg vil absolutt utelukke at gassen er assosiert med gammastråle-utbrudd, det er at den blir skutt ut av gammastråle-utbruddene. Jeg vil virkelig bevise at en absolutt ikke er sann, og måten å gjøre det på er å identifisere den faktiske galaksen og stjernene som er assosiert med gassen. Så folk i teamet vårt og andre lag skal tilbake og lete etter galaksen som faktisk holder på gassen. Hvis vi ikke fant galakser, tror jeg det ville ha større tro til ideen om at gassen ble kastet ut av gammastråle-utbruddet. Så det er absolutt arbeid som skal gjøres for å studere galaksene som er tilknyttet. På de samme linjene kan vi utlede hvor mye masse som er i galaksene og bedre teste gravitasjonslinseringshypotesen, samt lære hvor mye støv som er i galakser for å teste støvhypotesen. Selv mens jeg spiller dem, og jeg tror det absolutt trenger oss å lære så mye om galaksene mot gammastråleutbrudd for å se om det er noe morsomt som skjer, eller andre egenskaper som kan forklare resultatet. Den andre åpenbare tingen å gjøre, og dette vil bli gjort, er bare å vente til flere gammastråleutbrudd skal komme og gjenta det eksperimentet på flere siktlinjer. Og for øyeblikket er det dette NASA Swift-romteleskopet i drift, der vi får ti-talls kanskje enda 100-talls flere gammastråle-utbrudd som vi kan gjenta dette eksperimentet på, og veldig forsiktig finne ut hvor statistisk viktig det er.
Fraser: Er det en slags ide som du tror kan være mulig?
Dr. Prochaska: Jeg er sikker på at det kommer til å bli skrevet papirer i tråd med disse linjene. Det kommer ikke til å være favorittalternativet mitt for øyeblikket. Men jeg er en forsker, jeg er en realist. Vi har brakt beskjeden om at det er dette særegne funnet, og vi så veldig hardt på hvordan vi gjorde studien, vi gjorde epler til epler etter beste evne, og jeg tror vi gjorde en god jobb med det. Det er slags trinn 1. Trinn 2, som observatør, føler jeg at jeg burde være i stand til å forklare resultatet når vi har det. Som sagt, vi kom frem til de tre ideene, og dessverre tror jeg ikke at noen av dem har sittet fast for øyeblikket. Hvis jeg kan drepe alle ideer, og hvis resultatet holder seg godt med de neste 50 gammastråleutbruddene, må du på det tidspunktet gå tilbake til de første antagelsene dine; en av dem er kosmologi slik vi kjenner den. Jeg sier at jeg er hvor som helst i nærheten av det, men gi meg to år, og hvis ting ikke endrer seg fra det vi ser, ja, jeg tror du må gå helt tilbake til trinn 0 i din antagelsesrekke universet.
