Představte si, že se díváte na červené domy, a někdy uvidíte, jak kolem projíždí vrána. Vrána a dům mohou být od sebe vzdáleny kilometry, takže to musí být nemožné, že? Podle nového průzkumu, pokud se podíváte na kvazar, uvidíte před 25% galaxii. Ale pro výbuchy gama paprsků existuje téměř vždy zasažená galaxie. I když by je bylo možné oddělit miliardami světelných let. Na to přijďte. Dr. Jason X. Prochaska, z Kalifornské univerzity, Santa Cruz se mnou mluví o podivných výsledcích, které našli, ao tom, co by mohlo být příčinou.
Poslechněte si rozhovor: A Puzzling Difference (7,8 MB)
Nebo si objednejte podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Dobře, jak dát lidem nějaké pozadí, jaký je rozdíl mezi prasknutím gama paprsku a kvasarem? Myslím, že jsou docela odlišné.
Dr. Prochaska: Ano, možná začnu podobnostmi. Oba jsou velmi zajímavé předměty pro studium kosmologie, protože jsou to mimořádně jasné objekty. Další podobností je, že věříme, že se oba týkají černých děr, ale poté je mezi těmito dvěma typy objektů velký rozdíl. Kvazary jsou považovány za superhmotné černé díry - tak černé díry, ale extrémně masivní, v některých případech stejně masivní jako galaxie. Nahromadění plynu do černé díry se zahřívá a světlo, které vidíme, je kvasar. Protože jsou supermasivní, dokážou nashromáždit spoustu a hodně plynu, a v důsledku toho mohou svítit velmi jasně, což je vidět z velmi velkých vzdáleností.
Alespoň gama paprsek, na kterém je tento dokument založen - existují dva typy - je výsledkem hmotné hvězdy, jediné hvězdy, ale docela masivní, řádově 10-50krát hmotnější než naše Slunce, přichází se smrtí hvězdy. Na konci své přirozené životnosti. Po jeho smrti vytvoří černou díru a některé části těchto hvězd věříme, že vytvoří paprsky gama paprsků.
Fraser: A udělali jste průzkum kvasarů a výbuchů paprsků gama a co jste našli?
Dr. Prochaska: Nejprve jsem dal studentovi projekt s kvasary. Existuje veřejná databáze s názvem Sloan Digital Sky Survey a zkoumala velkou část severní oblohy. A provedli spektra pravděpodobně blízká milionu objektů, hlavně průzkum galaxií v jeho středu. Kromě studia galaxií studovali také kvazary. Nyní provedli spektroskopii asi 60 000 kvasarů a tato data zveřejnili veřejně každému, kdo to chce. Více či méně jsme procházeli touto databází a hledali podpisy galaxií, které leží mezi námi a kvasary. Takže pokud máte kvazár ve velmi velké vzdálenosti, protože mají sklon lhát, existuje šance, že mezi námi a kvazarem je dost velká galaxie. Galaxie se odhaluje pomocí absorpčních linií na kvasaru. Takže analyzujete spektrum kvasaru, vidíte tyto vlastnosti spojené s kvasarem, které jsou velmi výrazné, ale v tomto případě můžete vidět nepřítomnost světla. Otisk prstu samotné galaxie, který se shoduje, leží mezi námi a kvasarem. Tento druh vědy je něco, co jsem dělal posledních 12 let. Nechal jsem svého studenta podívat se na těchto 50 000 kvasarů v průzkumu Sloan a spočítat, jak často máme galaxii ležící mezi námi a kvasarem. To je první krok oříšků a je tu spousta vědy, která z takového hledání těchto galaxií může vycházet.
Fraser: Takže možná neuvidíte vizuálně, jestli existuje galaxie, ale můžete to zjistit.
Dr. Prochaska: Správně. Naše vlastní Mléčná dráha je plná hvězd, plynu a prachu. Pokud jde o baryony, protony a neutrony. Hlavními třemi fázemi, v nichž baryony sídlí v Mléčné dráze, jsou hvězdy, které vidíte docela snadno, plyn, který je víceméně neviditelný, ale emituje při 21 cm - dobře známá technika mapující plyn v naší galaxii pomocí radioteleskopy. Ale plyn může také absorbovat světlo. Vyzařuje při vlnových délkách 21 cm, ale také absorbuje při specifických frekvencích. Pohlcuje světlo z objektu na pozadí. A tak skoro všechny galaxie mají nejen hvězdy, ale i plyn, ze kterého se tyto hvězdy formují, a galaxii, její galaxii, lze pomocí studia plynu detekovat. A to je technika, kterou používáme pro kvazary, a je to stejná technika, jakou používáme pro roztržení gama paprsků.
Fraser: Správně a co jste našel s prasknutím gama paprsku?
Dr. Prochaska: Ve skutečnosti je jedním důležitým bodem, který jsem při porovnávání kvasarů a výbuchů paprsků gama paprsků vynechal, to, že jsou velmi jasné. Stejně jako jejich jméno vyzařují mnoho gama paprsků, ale dobrá část z nich - určitě více než polovina - také vyzařuje záření v ultrafialovém, rentgenovém, optickém, dokonce i rádiovém světle a jsou v těchto frekvencích velmi jasné . A tak je můžeme vidět na celém vesmíru v ultrafialových nebo optických frekvencích a použít je ke studiu plynu, který leží mezi námi a výbuchem paprsků gama. Co se v kvazarech liší, přinejmenším prozatím je, že bylo objeveno mnohem méně záblesků gama paprsků. K detekci těchto jevů je nutný vesmírný satelit, což je velké množství technologie, která dosud na velké úrovni neexistovala. Takže počet těchto věcí, které byly detekovány, stále čísla v 1000s, ale jen 1-200, že můžeme studovat velmi podrobně. To je to, co jsme udělali, když jsme si vzali i podmnožinu těch asi 100, získali spektrum výbuchu gama paprsků a znovu hledali podpis galaxií, které leží mezi námi a výbuchem, znovu plynem. Stručně řečeno, výsledkem je, že zatímco máme malý vzorek roztržení gama paprsků, významně převyšuje více galaxií směrem k roztržení gama paprsků, pak jsou zde kvazary.
Fraser: Kolik dalších?
Dr. Prochaska: Číslo je nyní 4, které bylo dobře změřeno, řekl bych, že chyba je 1, takže 4 plus nebo mínus 1. Důležité je, že se jedná o vylepšení. Vylepšení se může jednoho dne ukázat jako 3 nebo možná 1,5, ale vylepšení nad kvasarem je velmi zdravé.
Fraser: Z nějakého důvodu je mezi námi a vzdálenými paprsky gama paprsků více galaxií, než mezi námi a kvasary. Jak je to možné? Jsou tak daleko od sebe.
Dr. Prochaska: Správně, a to je první, co je třeba zdůraznit, je to, že a priori neočekáváme, že galaxie, které náhodně směřujeme k kvasarům nebo výbuchům paprsků gama, mají co do činění s tímto zdrojem světla v pozadí. Znovu najdeme kvazár ve velké vzdálenosti od nás, galaxie je také ve vzdálenosti od nás, ale zároveň také ve velmi velké vzdálenosti od kvazaru. Tolik, že byste neočekávali žádné spojení; žádné gravitační spojení, žádné elektromagnetické spojení, žádné fyzické spojení mezi galaxií, kterou identifikujeme, a kvasarem. To samé platí pro experiment s roztržením gama paprsků. Záblesky gama paprsků jsou od nás ve velké vzdálenosti, vidíme galaxie směrem k nim - jsou od nás velké vzdálenosti, ale také z velké vzdálenosti od výbuchu paprsků gama. A opět nemáme a priori očekávání fyzického vztahu mezi galaxií a prasknutím gama paprsku, který je za ní. Jistě, na povrchu je to docela ohromující, test je docela jednoduchý. Naše okamžitá reakce je, dobře, co se děje?
Existují tři zkreslení nebo vysvětlení - v astronomii bychom jim říkali selekční zkreslení. A tři klíčová vysvětlení, zřejmá vysvětlení, která by vám mohla poskytnout tento výsledek, jsou první: prach. Galaxie, jak jsem řekl, mají hmotu ve třech fázích: ve hvězdách, plynu a prachu. Většina galaxií nebo pravděpodobně všechny galaxie mají v sobě prach. A klíčovým aspektem prachu je to, že zhasne zdroj pozadí. Takže posypete prach mezi vámi a kvasarem a uděláte z něj mdloby. Všechny tyto galaxie mají v sobě prach a vy si dokážete představit skutečně chybějící kvasary, když provedete tento průzkum po celé obloze. Galaxie, které mají v sobě hodně prachu, zakryjí kvasar a nikdy se na něj nebudete dívat. Nikdy se to nezapočítá do vašeho vzorku. Záblesky gama paprsků, které jsou detekovány velmi odlišným přístupem pomocí paprsků gama, by však nebyly tak citlivé na tento prach - stále byste potenciálně detekovali záblesky gama paprsků a spočítali je ve vašem vzorku. Nakonec bys skončil s přepočítáním předmětů ve vzorku gama paprsků, s nepřítomností kvasarů kvůli prachu. Důvod, proč si nemyslíme, že to je odpověď, je, že máme dobrý pocit, kolik prachu jsou galaxie, a nestačí odstranit dostatečné množství kvasarů ze vzorku, aby se tento rozdíl vyrovnal faktorem 4.
Takže to je vysvětlující číslo 1. Číslo 2 by bylo, že náš a priori předpoklad, že plyn nemá nic společného s prasknutím gama paprsku nebo je kvasar špatný. Řekl jsem, že tento plyn je daleko od nás a od kvasaru a od výbuchu paprsků gama. Pravděpodobně nejobtížnějším problémem v astronomii je vlastně měření vzdálenosti. Ve skutečnosti neměřím vzdálenost plynu, neměřím červený posun plynu, a to mi dává odhad vzdálenosti, za předpokladu, že červený posun je způsoben expanzí vesmíru. Skutečně červený posun je jen rychlost. Takže měřím rychlost plynu, měřím rychlost výbuchu gama paprsku. Vím, že dva jsou odlišné, že vím s absolutním vědeckým faktem. Předpokládám, že rozdíl v rychlostech je způsoben expanzí vesmíru a tím i vzdáleností mezi objekty. Je však možné, že paprsky gama paprsků skutečně explodovaly tento plyn během exploze, řekněme, při velmi vysokých rychlostech, takže má jinou rychlost než samotný paprsek gama, a to je důvod pro rozdíl v červeném posunu a proto mě přimělo říci, že mají rozdílné vzdálenosti. Stručně řečeno, vysvětlení pro číslo 2 je, že výbuchy gama paprsků vypuzují plyn při velmi vysokých rychlostech a měříme tento plyn a nazýváme ho galaxií, zatímco ve skutečnosti je to jen plyn vycházející z výbuchů gama paprsků . To je v tuto chvíli stále schůdná možnost. Protiargumentem a je solidní, že v mnoha případech jsme identifikovali nejen plyn, ale také hvězdy z galaxie, které tento plyn musí hostovat. Takže nejenže by plyn musel být vypuzen, ale galaxie by musela být vypuzena výbuchem gama paprsků, a to začíná natahovat představivost.
To vede ke dveřím číslo 3, což je gravitační čočka. Galaxie, cokoli s hmotností, mají účinek tím, že objekty za nimi vizuálně jasnější, než ve skutečnosti jsou. Myslíme si, že tady máme galaxie, víme, že máme hromadnou koncentraci, takže je docela možné, že ovlivňují jas objektu za nimi a způsobují, že paprsky gama záření jsou mnohem jasnější, než by byly jinak. Hlavním důvodem, proč vidíme výbuchy gama paprsků, je to, že máme galaxii. Potřebujeme tam galaxii, abychom viděli výbuch paprsků gama. A to je selekční efekt tam, kde bychom neměli galaxii, neviděli bychom to, a to vede k nadměrnému množství kvasarů, kde jsou kvasary dostatečně jasné bez galaxií. A gravitační čočky, jak asi můžete říct, nejsou něco, na čem jsem přímo pracoval, ale odborníci v oboru mi říkají, že to není pravděpodobné vysvětlení nebo dominantní vysvětlení výsledku.
Fraser: Takže vám docházejí nápady.
Dr. Prochaska: Ano, určitě jsme prošli třemi zjevnými, těmi, s nimiž by někdo přišel, a přesto k nim máme docela silné protiargumenty. Další skupina přišla s další čtvrtou myšlenkou, která byla podle mého názoru docela chytrá, že kvazary mají rozdílnou velikost než výbuchy gama paprsků. Je to trochu důvtipné, jak by to mohlo udělat velký rozdíl, ale řekli, možná to je vysvětlení, ale my a ostatní jsme v tomto bodě přišli s opravdu silnými protiargumenty proti dveřím číslo 4. 4 slušné nápady, které byly navrženy, mají pro ně nedostatky.
Fraser: Takže co bude dál? Předpokládám, že budete hledat další data.
Dr. Prochaska: Určitě chci vyloučit, že plyn je spojen s výbuchem paprsků gama, to znamená, že je vystřelen z výbuchů paprsků gama. Opravdu bych chtěl dokázat, že určitě to není pravda, a způsob, jak toho dosáhnout, je identifikovat skutečnou galaxii a hvězdy, které jsou spojeny s plynem. Takže lidé v našem týmu a dalších týmech se vracejí a hledají galaxii, která ve skutečnosti drží plyn. Pokud bychom nenašli galaxie, myslím, že by to mělo větší důvěru v myšlenku, že plyn byl vypuzen výbuchem gama paprsků. Při studiu souvisejících galaxií je tedy určitě třeba udělat něco. Ve stejných řádcích můžeme odvodit, kolik hmoty je v galaxiích a lépe testovat hypotézu gravitačních čoček, a také zjistit, kolik prachu je v galaxiích testovat hypotézu prachu. I když je hraji, myslím si, že nás určitě dozví tolik o galaxiích, které dopadají na paprsky gama, abychom zjistili, zda se děje něco zábavného nebo nějaké jiné vlastnosti, které by mohly vysvětlit výsledek. Další zjevnou věcí, kterou je třeba udělat, a to se stane, je jen čekat na další výbuchy gama paprsků a opakovat tento experiment na více liniích zraku. V současné době je tedy v provozu tento kosmický dalekohled NASA Swift, kde získáme 10s možná dokonce 100s dalších výbuchů gama paprsků, na kterých můžeme tento experiment opakovat, a velmi důkladně zjistíme, jak statisticky je to významné.
Fraser: Existuje nějaká myšlenka, která je úplně venku a která je podle vás možná?
Dr. Prochaska: Jsem si jistý, že v tomto směru budou psány papíry. Momentálně to nebude moje oblíbená volba. Ale já jsem vědec, jsem realista. Přinesli jsme zprávu, že existuje toto podivné zjištění, a my jsme se velmi intenzivně dívali na to, jak jsme provedli studii, udělali jsme jablka a jablka podle našich nejlepších schopností, a myslím, že jsme to udělali slušně. To je druh kroku 1. Krok 2, jako pozorovatel, mám pocit, že bych měl být schopen vysvětlit výsledek, jakmile ho máme. Jak jsem řekl, přišli jsme se třemi nápady a bohužel si nemyslím, že by se někdo z nich v tuto chvíli zasekl. Pokud dokážu zabít všechny myšlenky a pokud výsledek vydrží dobře i při dalších 50 záblescích paprsků gama, musíte se v tuto chvíli vrátit zpět ke svým původním předpokladům; jedním z nich je kosmologie, jak ji známe. Říkám, že jsem kdekoli blízko, ale dej mi dva roky a pokud se věci nezmění od toho, co vidíme, jo, myslím, že musíš jít celou cestu zpět ke kroku 0 ve své řadě předpokladů o vesmír.
