Kuvittele punaisten talojen katselemista, ja joskus näet variksen lentää ohi. Varis ja talo voivat olla mailin päässä toisistaan, joten sen on oltava mahdotonta, eikö niin? No, uuden tutkimuksen mukaan, jos katsot kvaasaria, näet galaksin edessä 25% ajasta. Mutta gammasäteilypurskeissa on lähes aina väliintulon galaksi. Vaikka ne voitaisiin erottaa miljardeilla valovuosilla. Kuva siitä. Tohtori Jason X. Prochaska, Kalifornian yliopistosta, Santa Cruz, puhuu minulle heidän löytämistään kummallisista tuloksista ja niiden syistä.
Kuuntele haastattelua: Hämmästyttävä ero (7,8 MB)
Tai tilaa Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Okei, antamalla ihmisille taustaa, mikä ero on gammasäteen purskeen ja kvaasarin välillä? Luulen, että he ovat aika erilaisia.
Dr. Prochaska: Kyllä, aloitan ehkä yhtäläisyyksistä. Ne ovat molemmat erittäin mielenkiintoisia kohteita kosmologian tutkimiseksi, koska ne ovat erittäin kirkkaita kohteita. Toinen samankaltaisuus on, että uskomme, että ne molemmat liittyvät mustiin reikiin, mutta sen jälkeen näiden kahden tyyppisten esineiden välillä on suuri ero. Kvasaarien uskotaan olevan supermassiivisia mustia reikiä - niin mustia reikiä, mutta erittäin massiivisia, joissakin tapauksissa yhtä massiivisia kuin galaksi. Kaasun lisääntyminen mustalle aukolle lämpenee ja näkemämme valo on kvaasari. Koska ne ovat supermassiivisia, ne voivat kasvattaa paljon ja paljon kaasua, ja sen seurauksena voivat paistaa erittäin kirkkaasti, mikä näkyy erittäin suurilta etäisyyksiltä.
Ainakin gammasätepurske, johon tämä paperi perustuu - on kahta tyyppiä -, on seurausta massiivisesta tähdestä, yhdestä tähdestä, mutta melko massiivisesta, luokkaa 10-50 kertaa yhtä massiivinen kuin aurinkoomme, saapuu tähden kuolemalla. Luonnollisen elinkaarensa lopussa. Kuolemansa jälkeen se luo mustan aukon, ja uskomme, että jotkut muista näistä tähtiistä aiheuttavat gammasäteilyä.
Fraser: Ja teit tutkimuksen kvasaareista ja gammasäteiden purskeista, ja mitä löysit?
Dr. Prochaska: Laittelin opiskelijan projektiin, jossa kvasarit olivat ensin. Siellä on julkinen tietokanta nimeltään Sloan Digital Sky Survey, ja se kartoitti suuren osan pohjoisesta taivaasta. Ja he ovat ottaneet spektrit todennäköisesti lähes miljoonasta esineestä, lähinnä galaksitutkimuksesta sen ytimessä. Galaksien tutkimuksen lisäksi he ovat tutkineet myös kvaasareja. He ovat nyt ottaneet spektroskopian noin 60 000 kvaasarista ja julkaissut tiedot julkisesti kaikille planeetan halukkaille. Useimmiten me vaelsimme tuon tietokannan läpi etsimällä allekirjoituksia galakseista, jotka sijaitsevat meidän ja kvaasarien välillä. Joten jos sinulla on kvaasari erittäin suurella etäisyydellä, koska he yleensä valehtelevat, on mahdollista, että meidän ja tuon kvaasarin välillä on melko suuri galaksi. Galaksi paljastaa itsensä kvasarin absorptioviivoilla. Joten analysoit kvaasarin spektriä, näet nämä kvaasariin liittyvät ominaisuudet, jotka ovat hyvin erottuvia, mutta tässä tapauksessa saatat nähdä valon puuttuvan. Itse galaksin sormenjälki, joka on sattumanvaraisesti meidän ja kvaasarin välillä. Tällainen tiede on jotain, mitä olen tehnyt viimeiset 12 vuotta. Olen saanut opiskelijani katsomaan näitä 50 000 kvasaria Sloan-tutkimuksessa ja laskemaan kuinka usein meillä on galaksi meidän kvasarin välissä. Se on mutterit ja pultit ensimmäinen askel, ja siellä on paljon tiedettä, joka voi tulla ulos tällaisesta galaksien etsinnästä.
Fraser: Joten et ehkä pysty näkemään visuaalisesti, onko siellä galaksia, mutta voit havaita sen.
Dr. Prochaska: Se on totta. Oma maitotietämme on täynnä tähtiä ja kaasua ja pölyä. Baryonien osalta protonit ja neutronit. Kolme päävaihetta, joissa baryonit elävät Linnunradalla, ovat tähdet, jotka näet melko helposti, kaasu, joka on enemmän tai vähemmän näkymätön, mutta säteilee 21 cm: n päässä - tunnettu tekniikka, jota käytetään kaasun kartoittamiseen galaksissamme radioteleskoopit. Mutta kaasu voi myös absorboida valoa. Se säteilee 21 cm: n aallonpituuksilla, mutta absorboi myös tietyillä taajuuksilla. Se absorboi valoa taustaobjektista. Ja niin, että kaikissa galakseissa ei ole vain tähtiä, vaan myös kaasua, josta nämä tähdet muodostuvat, ja voidaan havaita galaksi, kyseisen galaksin allekirjoitus tutkimalla kaasua. Ja se on tekniikka, jota käytämme kvasareihin, ja se on sama tekniikka, jota käytämme gammasäteilypurskeisiin.
Fraser: Oikein, ja mitä löysit gammasädepurskeilla?
Dr. Prochaska: Oikeastaan yksi tärkeä seikka, jonka jäin pois vertaamalla kvasaareja gammasäteen purskeisiin, on, että ne ovat erittäin kirkkaita. Kuten nimensä kanssa, ne lähettävät paljon gammasäteitä, mutta suuri osa niistä - varmasti yli puolet - myös säteilee ultravioletti-, röntgen-, optisessa valossa, jopa radiovalossa ja ovat erittäin kirkkaita näillä taajuuksilla. . Ja niin voimme nähdä ne koko maailmankaikkeuden ultravioletti- tai optisilla taajuuksilla ja käyttää niitä tutkimaan kaasua, joka sijaitsee meidän ja gammasäteen purskeen välillä. Kvasaarit eroavat ainakin tällä hetkellä siitä, että löydettyjä gamma-säteilypurskeita on paljon vähemmän. Se vaatii avaruussatelliitin näiden ilmiöiden havaitsemiseksi; kohtuullinen määrä tekniikkaa, jota ei ole ollut olemassa korkealla tasolla viime aikoihin asti. Joten näiden havaittujen asioiden lukumäärä on edelleen 1000-luvulla, mutta vain 1-200, jota voimme tutkia yksityiskohtaisesti. Sitä me olemme tekemässä ottamalla jopa osajoukon noin 100 tai niin, hankkineet gammasäteilypurskeen spektrin ja etsineet jälleen allekirjoitusta galakseista, jotka sijaitsevat meidän ja purskeen välillä, jälleen kaasun kautta. Pähkinänkuoreen tulos on, että vaikka meillä on pieni näyte gammasäteilypurskeista, huomattavasti merkittävämpi ylimääräinen galaksien ylijännitys kohti gammasätepurskeita on, kun taas kvaasareja kohti.
Fraser: Kuinka monta muuta?
Dr. Prochaska: Numero on nyt 4, joka on mitattu hyvin, sanoisin, että virhe on 1, joten 4 plus tai miinus 1. Tärkeää on, että se on lisäys. Parannus voi yhtenä päivänä osoittautua 3: ksi tai ehkä 1,5: ksi, mutta lisäys kvaasariin on erittäin vakaa.
Fraser: Jostain syystä meidän välillämme on enemmän galakseja ja kaukainen gammasäte purskuu kuin meidän ja kvasaarien välillä. Kuinka se on mahdollista? He ovat niin kaukana toisistaan.
Dr. Prochaska: Aivan, ja tässä on ensin korostettava sitä, että ennakolta meillä ei ole mitään odotusta siitä, että galakseilla, joita sattumanvaraisesti suunnataan kvasaareihin tai gammasäteen purskeisiin, on mitään tekemistä sen taustavalolähteen kanssa. Löydämme taas kvaasarin suuresta etäisyydestä meistä, galaksien ollessa myös etäisyydellä meistä, mutta samalla erittäin suurella etäisyydellä kvasaarista. Niin paljon, että et voisi odottaa mitään yhdistystä; ei gravitaatioyhdistettä, ei sähkömagneettista, ei fysikaalista assosiaatiota tunnistamamme galaksin ja kvaasarin välillä. Ja sama pätee gammasäteen purskekokeeseen. Gammasäteen purskeet ovat suurella etäisyydellä meistä, näemme galakseja sitä kohti - ne ovat suurella etäisyydellä meistä, mutta myös suurella etäisyydellä gammasäteen purskeesta. Ja jälleen kerran, meillä ei ole a priori odotuksia mistään fyysisestä suhteesta kyseisen galaksin ja sen takana olevan gammasäteen purskeen välillä. Varmasti pinnalla se on melko upea, testi on melko suoraviivainen. Välitön reaktio on, okei, mitä tapahtuu?
On olemassa kolme harhaa tai selitystä - tähtitiedessä me kutsumme heitä valintapoikkeamiksi. Ja kolme keskeistä selitystä, selvät selitykset, jotka voisivat antaa sinulle tämän tuloksen, ovat ensin: pöly. Kuten sanoin, galakseilla on ainetta kolmessa vaiheessa: tähdellä, kaasussa ja pölyssä. Suurimmassa osassa galakseja tai todennäköisesti kaikissa galakseissa on pölyä sisällä. Ja pölyn tärkein näkökohta on, että se sammuu taustalähteen. Joten ripotat pölyä sinun ja kvaasarisi väliin ja aiot tehdä siitä kevyemmän. Kaikissa näissä galakseissa on pölyä, ja voisit kuvitella todella kadonneita kvaasareja, kun teet tämän tutkimuksen koko taivaalla. Galaksit, joissa on paljon pölyä, peittävät kvaasarin, etkä koskaan katso sitä. Sitä ei koskaan lasketa näytteeseesi. Mutta gammasäteilypurskeet, jotka havaitaan hyvin erilaisella lähestymistavalla, käyttämällä gammasäteitä, eivät olisi yhtä herkkiä tälle pölylle - tunnistaisit silti potentiaalisen gammasätepurskeen ja lasket sen näytteeseesi. Joten päätät gammasäteessä olevien esineiden ylikuormituksesta, ilman että kvaasareja ei ole pölyn takia. Syy siihen, miksi emme usko tämän vastaukseen, on, että meillä on hyvä käsitys siitä, kuinka paljon pölyä on galakseja, eikä se riitä poistamaan näytteestä tarpeeksi kvaasareja korvaamaan erotus kertoimella 4.
Joten selitys numero 1. Numero 2 olisi a priori oletuksemme, että kaasulla ei ole mitään tekemistä gammasäteen purskeen kanssa tai kvaasari on väärä. Olen sanonut, että tämä kaasu on suurella etäisyydellä meistä, kvasaarista ja gammasäteen purskeesta. Todennäköisesti vaikein tähtitieteen ongelma on etäisyyden mittaus. En oikeastaan mittaa kaasun etäisyyttä, mitaan kaasun punasiirtymää, ja se antaa minulle arvio etäisyydestä olettaen, että punasiirtymä johtuu maailmankaikkeuden laajenemisesta. Todella punasiirtyminen on vain nopeutta. Joten mitataan kaasun nopeutta, mitataan gammasäteen purskeen nopeutta. Tiedän, että nämä kaksi ovat erilaisia, tunnen ehdottoman tieteellisen tosiasian. Oletan, että nopeuserot johtuvat maailmankaikkeuden laajenemisesta ja siten esineiden välisestä etäisyydestä. Mutta on mahdollista, että gammasäteilypurskaukset ovat tosiasiallisesti sylkeneet tämän kaasun räjähdyksen aikana, esimerkiksi erittäin suurilla nopeuksilla, niin että sen nopeus on erilainen kuin itse gammasäteen purskeella, ja se on syynä punasiirtymän eroon, ja siksi panen sanomaan, että heillä on ero etäisyyksillä. Joten pähkinänkuoressa, selitys numerolle 2 on, että gammasäteen purskeet poistavat kaasua erittäin suurilla nopeuksilla ja mittaamme tuon kaasun ja kutsumme sitä galaksiksi, vaikka itse asiassa se on vain gammasäteilystä purkautuvaa kaasua . Se on tällä hetkellä edelleen toteuttamiskelpoinen vaihtoehto. Vastaväite sille, ja se on vankka, on se, että monissa tapauksissa olemme tunnistaneet paitsi kaasun myös tähdet galaksista, joiden on pidettävä tätä kaasua vastaan. Joten paitsi, että kaasu olisi poistettava, myös galaksi on poistettava gammasäteen purskeella, ja se alkaa venyttää mielikuvitusta.
Joten se johtaa oven numeroon 3, joka on painovoimalasilinssi. Galakseilla, millä tahansa massalla, on vaikutus, sillä niiden takana olevat esineet ovat visuaalisesti kirkkaampia kuin ne todellisuudessa ovat. Luulemme, että meillä on täällä galakseja, tiedämme, että meillä on massakeskittymä, joten on täysin mahdollista, että ne vaikuttavat takana olevan esineen kirkkauteen ja tekevät gammasäteen purskeista paljon kirkkaampia kuin muuten olisi. Tärkein syy siihen, että näemme gammasäteen purskeita, on se, että meillä on galaksi. Tarvitsemme galaksia siellä nähdäksemme gammasäteen purskeen. Ja se on valintavaikutus, jossa ilman meillä ei olisi galaksia, emme näkisi sitä, ja tämä johtaa kvasaarien runsaaseen läsnäoloon, jossa kvasarit ovat ehkä tarpeeksi kirkkaita ilman galakseja. Ja painovoimalasilinssi, kuten voitte todennäköisesti kertoa, ei ole sellainen, jota olen työskennellyt suoraan, mutta alan asiantuntijat kertovat minulle, että tämä ei ole todennäköinen selitys tai tuloksen hallitseva selitys.
Fraser: Joten ideat loppuu tyypiltään.
Dr. Prochaska: Kyllä, olemme varmasti käyneet läpi kolme ilmeistä, sellaiset, jotka kuka tahansa keksisi, ja meillä on silti melko vahvoja vastaargumentteja niille. Toinen ryhmä keksi vielä yhden neljännen idean, joka oli mielestäni melko fiksu, että kvartaareilla on erikoko kuin gammasäteen purskeilla. On hiukan hienovaraista, kuinka sillä voisi olla suuri ero, mutta he sanoivat, ehkä se on selitys, mutta me ja muut olemme tässä vaiheessa keksineet todella vahvoja vastaväitteitä oven numeroa 4 vastaan. Ehdotetulla 4 kunnollisella idealla on puutteita.
Fraser: Joten mitä sitten tapahtuu? Oletan, että etsit lisätietoja.
Dr. Prochaska: Haluan varmasti sulkea pois sen, että kaasu liittyy gammasäteen purskeisiin, toisin sanoen sitä ammutaan gammasäteen purskeista. Haluaisin todella todistaa, että yksi ei todellakaan ole totta, ja tapa tehdä se on tunnistaa todellinen galaksi ja tähdet, jotka liittyvät kaasuun. Joten joukkueemme ja muiden joukkueiden ihmiset palaavat takaisin ja etsivät galaksia, joka todella pitää kaasua. Jos emme löytäneet galakseja, luulen, että se pitäisi parempaa uskoa ajatukseen, että gammasäte purskaisi kaasua. Joten siihen liittyvien galaksien tutkimisessa on ehdottomasti vielä tehtävää. Samoilla linjoilla voimme päätellä, kuinka paljon massaa on galakseissa, ja testata paremmin painovoimalasilinssihypoteesi sekä oppia kuinka paljon pölyä on galakseissa pölyhypoteesin testaamiseksi. Vaikka leikkin niitä, ja mielestäni meidän on ehdottomasti kysyttävä niin paljon galakseista, jotka ovat kohti gammasädepurskeita, onko tekeillä jotain hauskaa tai muita ominaisuuksia, jotka voisivat selittää tuloksen. Toinen ilmeinen tehtävä, ja tämä tehdään, on vain odottaa lisää gammasäteilypurskauksia ja toistaa kokeilu useammalla näkölinjalla. Ja niin, tällä hetkellä käytössä on tämä NASA Swift-avaruuskaukoputki, jossa saamme 10 s, ehkä jopa 100 s enemmän gammasäteen purskeita, jotta voimme toistaa tämän kokeen ja selvittää hyvin järkevästi kuinka tilastollisesti merkitsevä se on.
Fraser: Onko sinulla jonkinlainen idea, joka on täysin ulkona, joka voisi mielestäsi olla mahdollista?
Dr. Prochaska: Olen varma, että aikoinaan kirjoitetaan kirjoja noiden linjojen mukaisesti. Se ei ole tällä hetkellä suosikkini. Mutta olen tiedemies ja realisti. Olemme tuoneet viestin, että kyseessä on tämä omituinen löytö, ja katselimme erittäin kovasti, kuinka teimme tutkimuksen, teimme omenoita omenoille parhaan kykymme mukaan ja uskon, että teimme siitä reilun työn. Se on sellainen vaihe 1. Vaihe 2, tarkkailijana, minusta tuntuu, että minun pitäisi pystyä selittämään tulos, kun meillä se on. Kuten totesin, keksimme nämä kolme ideaa, enkä valitettavasti usko, että yksikään niistä olisi juuttunut tällä hetkellä. Jos voin tappaa kaikki ideat ja jos tulos kestää hyvin seuraavan 50 gammasäteilyn jälkeen, sinun on palauduttava takaisin alkuperäisiin oletuksiin; yksi niistä on kosmologia sellaisena kuin me sen tiedämme. Sanon, että olen lähellä tätä, mutta antakaa minulle kaksi vuotta ja jos asiat eivät muutu näkemyksestämme, kyllä, mielestäni sinun on palautettava kaikki vaiheeseen 0 asti oletusrivilläsi universumi.
