Forestil dig at se på røde huse, og nogle gange ser du en krage flyve forbi. Kragen og huset kunne være miles fra hinanden, så dette må være umuligt, ikke? I henhold til en ny undersøgelse, hvis du ser på en kvasar, ser du en galakse foran 25% af tiden. Men for gammastråler, der er næsten altid en mellemliggende galakse. Selvom de kunne adskilles med milliarder af lysår. Find det ud. Dr. Jason X. Prochaska, fra University of California, Santa Cruz taler til mig om de underlige resultater, de har fundet, og hvad der kan være årsagen.
Lyt til interviewet: A Puzzling Difference (7.8 MB)
Eller abonner på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Okay, for at give folk noget baggrund, hvad er forskellen mellem en gammastråle burst og en quasar? Jeg antager, at de er temmelig forskellige.
Dr. Prochaska: Ja, måske vil jeg starte med lighederne. De er begge meget interessante objekter til studiet af kosmologi, fordi de er ekstremt lyse objekter. En anden lighed er, at vi tror, de begge har relation til sorte huller, men efter det er der en stor forskel mellem de to typer objekter. Kvasarer antages at være supermassive sorte huller - så sorte huller, men ekstremt massiv, i nogle tilfælde så massiv som en galakse. Tiltrækning af gas på det sorte hul varmes op, og det lys, vi ser, er kvasaren. Fordi de er supermassive, kan de hæve masser og masser af gas, og som et resultat kan de skinne meget lystigt, hvilket kan ses fra meget store afstande.
I det mindste en gammastråle, som dette papir er baseret på - der er to typer - er resultatet af en massiv stjerne, en enkelt stjerne, men temmelig massiv, i størrelsesordenen 10-50 gange så massiv som vores sol, ankommer med en stjerners død. I slutningen af dens naturlige levetid. Efter sin død skaber det et sort hul, og en del brøkdel af disse stjerner tror vi skaber gammastråler.
Fraser: Og du foretog en undersøgelse af kvasarer og gammastråler, og hvad fandt du?
Dr. Prochaska: Jeg satte først en studerende på et projekt med kvasarer. Der er en offentlig database kaldet Sloan Digital Sky Survey, og den er undersøgt for en stor del af den nordlige himmel. Og de har taget et spektre af sandsynligvis tæt på en million objekter, hovedsageligt en galakseundersøgelse i hjertet af det. Ud over at studere galakser har de også studeret kvasarer. De har taget spektroskopi på omkring 60.000 kvasarer nu, og de har offentliggjort disse data offentligt til alle på kloden, der ønsker det. Mere eller mindre rullede vi gennem den database og søgte efter underskrifter af galakser, der ligger mellem os og kvasarerne. Så hvis du har en quasar i en meget stor afstand, da de har en tendens til at ligge, er der en chance for, at der er en temmelig stor galakse mellem os og den kvasar. Galaksen afslører sig ved absorptionslinjerne på kvasaren. Så du analyserer spektret af kvasaren, du ser disse funktioner, der er forbundet med kvasaren, der er meget karakteristiske, men du kan muligvis se fraværet af lys i dette tilfælde. Galaxiets fingeraftryk, der tilfældigt ligger mellem os og kvasaren. Den slags videnskab er noget, jeg har gjort i de sidste 12 år nu. Jeg har set min studerende gennem disse 50.000 kvasarer i Sloan-undersøgelsen og tælle op, hvor ofte vi har en galakse mellem os og kvasaren. Det er det første trin, og der er en masse videnskab, der kan komme ud af en sådan søgning efter disse galakser.
Fraser: Så du kan muligvis ikke se visuelt, om der er en galakse der, men du kan registrere den.
Dr. Prochaska: Det stemmer. Vores egen Mælkevej er fuld af stjerner og gas og støv. Hvad angår baryoner, protoner og neutroner. De vigtigste tre faser, som baryonerne befinder sig i Mælkevejen, er stjerner, som du ganske let ser, gas, som er mere eller mindre usynlig, men udsender ved 21 cm - en velkendt teknik, der bruges til at kortlægge gas i vores galakse med radioteleskoper. Men gas kan også absorbere lys. Den udsender ved 21 cm bølgelængder, men absorberer også ved specifikke frekvenser. Det absorberer lys fra et baggrundsobjekt. Og så stort set alle galakser har ikke kun stjerner, men den gas, som stjernerne dannes ud af, og man kan registrere galaksen, underskriften på den galakse ved at studere gassen. Og det er den teknik, vi bruger til kvasarer, og det er den samme teknik, vi bruger til gammastråler.
Fraser: Okay, og hvad fandt du med gamma ray bursts?
Dr. Prochaska: Faktisk et vigtigt punkt, som jeg udeladte ved at sammenligne kvasarer med gammastrålespræng, er, at de er meget lyse. Som med deres navn udsender de masser af gammastråler, men en god brøkdel af dem - bestemt mere end halvdelen - udsender også stråling i det ultraviolette, røntgenstråle, optiske lys, endda radiolys, og er meget lyse i disse frekvenser . Og så kan vi se dem på tværs af universet i de ultraviolette eller optiske frekvenser og bruge dem til at studere den gas, der ligger mellem os og gammastrålen. Hvad der i det mindste er forskelligt i kvasarerne, er, at der er mange færre gammastråle-bursts, der er blevet opdaget. Det kræver en rum satellit for at opdage disse fænomener, en vis mængde teknologi, der ikke har eksisteret i et stort niveau indtil for nylig. Så antallet af disse ting, der er blevet opdaget, er stadig i 1000'erne, men kun 1-200, som vi kan studere i detaljer. Det er, hvad vi har gjort, idet vi selv tog en undergruppe af de 100 eller deromkring, erhvervede spektret af gammastrålsprængningen og søgte igen efter signaturen til galakser, der ligger mellem os og brasten, igen gennem gassen. Nøddeskaldsresultatet er, at selvom vi har en lille prøve af gammastråle-bursts, en markant betydelig overflod af flere galakser mod gammastråle-bursts, er der mod kvasarer.
Fraser: Hvor mange flere?
Dr. Prochaska: Antallet nu er 4, det er blevet målt godt, jeg vil sige, at fejlen er 1, så 4 plus eller minus 1. Det, der er vigtigt, er, at det er en forbedring. Forbedringen kan en dag vise sig at være 3 eller måske 1,5, men forbedringen over kvasaren er meget sund.
Fraser: Af en eller anden grund er der flere galakser mellem os og de fjerne gammastråler, end der er mellem os og kvasarer. Hvordan er det muligt? De er så langt fra hinanden.
Dr. Prochaska: Rigtigt, og det er det, man først skal understrege, er, at vi i priori ikke har nogen forventning om, at galakser, som vi tilfældigt går mod kvasarer eller gammastråler, har noget at gøre med den baggrundslyskilde. Igen finder vi en kvasar i en stor afstand fra os, galaksen er også i en afstand fra os, men også på samme tid en meget stor afstand fra kvasaren. Så meget, at du ikke ville forvente nogen tilknytning; ingen gravitationsassociation, ingen elektromagnetisk, ingen fysisk tilknytning mellem galaksen, som vi identificerer og kvasaren. Og det samme gælder for gammastråleeksperimentet. Gamma ray bursts er i stor afstand fra os, vi ser galakser mod det - de er i stor afstand fra os, men også i stor afstand fra gamma ray burst. Og igen har vi ingen forudgående forventninger til noget fysisk forhold mellem den galakse og gammastrålen, der ligger bag den. Bestemt på overfladen er det ganske fantastisk, testen er ret ligetil. Vores øjeblikkelige reaktion er, okay, hvad sker der?
Der er tre forudindtægter eller forklaringer - i astronomi vil vi kalde dem udvælgelsesfordelinger. Og de tre vigtigste forklaringer, de åbenlyse forklaringer, der kunne give dig dette resultat er først: støv. Galakser har som sagt noget i tre faser: i stjerner, gas og støv. De fleste galakser, eller sandsynligvis alle galakser, har støv i sig. Og det centrale aspekt ved støv er, at det slukker baggrundskilden. Så du sprøjter noget støv mellem dig og kvasaren, og du vil gøre det svagere. Disse galakser har alle støv i sig, og du kunne forestille dig, at du faktisk mangler kvasarer, når du foretager denne undersøgelse over hele himlen. Galakser, der har meget støv i sig, vil skjule kvasaren, og du vil aldrig se på det. Det tælles aldrig med i din prøve. Men gammastråle-bursts, som detekteres med en meget anderledes tilgang, ved hjælp af gammastråler, ville ikke være så følsomme over for dette støv - du vil stadig potentielt registrere gamma-ray burst og tælle det i din prøve. Så du vil ende med en overskridelse af genstande i gammastråleprøven med et fravær af kvasarer på grund af støvet. Årsagen til, at vi ikke tror, det er svaret, er, at vi har en god fornemmelse af, hvor meget støv der er galakserne, og det er ikke nok at fjerne nok kvasarer fra prøven til at kompensere for forskellen med en faktor på 4.
Så det er forklaring nummer 1. Nummer 2 ville være, at vores a priori antagelse, at gassen ikke har noget at gøre med gammastrålesprængningen, eller at kvasaren er forkert. Jeg har sagt, at denne gas er i en stor afstand fra os og fra kvasaren og fra gammastrålen. Det sandsynligvis mest vanskelige problem inden for astronomi er faktisk at måle afstand. Jeg måler ikke rigtig afstanden på gassen, jeg måler rødskiftet på gassen, og det giver mig et skøn over afstanden under den antagelse, at rødskiftet skyldes universets udvidelse. Virkelig rødskift er bare en hastighed. Så jeg måler hastigheden på gassen, jeg måler hastigheden af gammastrålesprængningen. Jeg ved, at de to er forskellige, som jeg ved med absolut videnskabelig kendsgerning. Jeg antager, at forskellen i hastigheder skyldes udvidelsen af universet og dermed afstanden mellem objekterne. Men det er muligt, at gammastråle-bursts faktisk har spyttet denne gas ud under eksplosionen, siger vi med meget høje hastigheder, så den har en anden hastighed end selve gammastrålen, og det er grunden til forskellen i rødskift, og derfor får mig til at sige, at de har forskelle afstande. Så i et nøddeskal er forklaringen til nummer 2, at gammastrålerne sprænger gas ved meget høje hastigheder, og vi måler den gas og kalder den en galakse, når det faktisk bare er gas, der sprøjtes ud fra gammastrålen . Det er stadig en bæredygtig mulighed i øjeblikket. Modargumentet til det, og det er et solidt, er, at vi i mange tilfælde ikke kun har identificeret gassen, men også stjerner fra galaksen, der må være vært for den gas. Så ikke kun skulle gasen skubbes ud, men en galakse skulle udkastes ved gammastrålespræng, og det begynder at strække fantasien.
Så det fører til dør nummer 3, som er gravitationslinse. Galakser, hvad som helst med masse, har en virkning ved at gøre genstande bag dem visuelt lysere end de faktisk er. Vi tror, at vi har galakser her, vi ved, at vi har en massekoncentration, så det er meget muligt, at de påvirker lysstyrken på objektet bag dem, og gør gammastråle-bursts meget lysere end de ellers ville være. Hovedårsagen til, at vi ser gammastråler brister, er fordi vi har en galakse der. Vi har brug for galaksen der for at se gammastrålen briste. Og det er en markeringseffekt, hvor hvis vi ikke havde en galakse, vi ikke ville se den, og det fører til en overflod af kvasarer, hvor kvaserne måske er lyse nok uden galakserne. Og gravitationslinse, som du sandsynligvis kan fortælle, er ikke noget, jeg har arbejdet direkte med, men eksperterne på området fortæller mig, at det ikke er en sandsynlig forklaring eller den dominerende forklaring på resultatet.
Fraser: Så du er ved at løbe tør for ideer.
Dr. Prochaska: Ja, vi har helt sikkert gennemgået de tre indlysende, dem, som enhver ville komme med, og alligevel har ret stærke modargumenter til dem. En anden gruppe kom med endnu en fjerde idé, som jeg synes var ganske klog, at kvasarer har en forskelstørrelse end gamma ray bursts. Det er lidt subtilt til, hvordan det kunne gøre en stor forskel, men de sagde, måske er det forklaringen, men alligevel har vi og andre fremkommet med virkelig stærke modargumenter mod dør nummer 4 på dette tidspunkt. De 4 anstændige ideer, der er blevet foreslået, har svigt for dem.
Fraser: Så hvad er dernæst derefter? Jeg antager, at du ser efter flere data.
Dr. Prochaska: Jeg vil bestemt udelukke, at gassen er forbundet med gammastråle-udbrud, det er, det bliver skudt ud af gammastråle-udbrud. Jeg vil virkelig gerne bevise, at man bestemt ikke er sand, og måden at gøre det på er at identificere den faktiske galakse og stjerner, der er forbundet med gassen. Så folk i vores hold og andre hold går tilbage og leder efter den galakse, der rent faktisk holder på gasen. Hvis vi ikke fandt galakser, tror jeg, det ville have mere troværdighed til tanken om, at gassen blev sprøjtet ud af gammastrålesprængningen. Så der er bestemt arbejde, der skal gøres ved at studere de tilknyttede galakser. På de samme linjer kan vi udlede, hvor meget masse der er i galakserne og bedre teste gravitationslinseringshypotesen, samt lære, hvor meget støv der er i galakser, der tester støvhypotesen. Selv mens jeg spiller dem ned, og jeg tror, det bestemt kræver, at vi lærer så meget om galakserne mod gammastråler, for at se, om der er noget sjovt der foregår, eller andre egenskaber, der kan forklare resultatet. Den anden åbenlyse ting at gøre, og dette vil blive gjort, er bare at vente på, at der kommer flere gammastråler, og gentager dette eksperiment på flere synslinjer. Og så i øjeblikket er der dette NASA Swift-rumteleskop i drift, hvor vi får 10'erne, måske endda 100'erne flere gammastråler, som vi kan gentage dette eksperiment på, og meget klart finde ud af, hvor statistisk signifikant det er.
Fraser: Er der en slags idé, der er helt derude, som du tror kan være mulig?
Dr. Prochaska: Jeg er sikker på, at der vil blive skrevet papirer i disse linjer. Det vil ikke være min yndlingsindstilling i øjeblikket. Men jeg er en videnskabsmand, jeg er en realist. Vi har bragt beskeden om, at der er dette særegne fund, og vi kiggede meget hårdt på, hvordan vi gjorde undersøgelsen, vi udførte æbler til æbler efter bedste evne, og jeg synes, vi gjorde et ret godt job med det. Det er slags trin 1. Trin 2, som observatør, føler jeg, at jeg burde være i stand til at forklare resultatet, når vi først har det. Som sagt, vi kom med de tre ideer, og desværre tror jeg ikke, at nogen af dem har sat sig fast i øjeblikket. Hvis jeg kan dræbe alle ideer, og hvis resultatet holder sig godt med de næste 50 gammastråler, skal du på det tidspunkt gå tilbage til dine oprindelige antagelser; en af dem er kosmologi, som vi kender den. Jeg siger, at jeg er overalt tæt på det, men giv mig to år, og hvis tingene ikke ændrer sig fra det, vi ser, ja, jeg tror, du skal gå helt tilbage til trin 0 i din række af antagelser om universet.
