Bayangkan melihat rumah merah, dan kadang-kadang anda melihat burung gagak terbang melintas. Burung gagak dan rumah boleh berjauhan, jadi ini mustahil, bukan? Nah, menurut tinjauan baru jika anda melihat quasar, anda akan melihat galaksi di depan 25% sepanjang masa. Tetapi untuk pecah sinar gamma, ada galaksi yang hampir selalu ada. Walaupun mereka dapat dipisahkan oleh miliaran tahun cahaya. Perhatikan bahawa keluar. Dr. Jason X. Prochaska, dari University of California, Santa Cruz bercakap dengan saya mengenai hasil pelik yang mereka dapati, dan apa penyebabnya.
Dengarkan wawancara: Perbezaan yang Membingungkan (7.8 MB)
Atau melanggan Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Baiklah, untuk memberi latar belakang kepada orang lain, apa perbezaan antara ledakan sinar gamma dan quasar? Saya rasa mereka sangat berbeza.
Dr. Prochaska: Ya, mungkin saya akan mulakan dengan persamaan. Mereka berdua adalah objek yang sangat menarik untuk kajian kosmologi kerana mereka adalah objek yang sangat terang. Kesamaan lain ialah kami percaya keduanya berkaitan dengan lubang hitam, tetapi selepas itu, terdapat perbezaan besar antara kedua-dua jenis objek tersebut. Quasar dipercayai lubang hitam supermasif - jadi lubang hitam, tetapi sangat besar, dalam beberapa kes sebesar-besarnya seperti galaksi. Menambah gas ke lubang hitam memanas dan cahaya yang kita lihat adalah quasar. Kerana mereka supermasif, mereka dapat menghasilkan banyak dan banyak gas, dan sebagai hasilnya, dapat bersinar dengan sangat terang yang dapat dilihat dari jarak yang sangat jauh.
Sekurang-kurangnya pecah sinar gamma, berdasarkan kertas ini - terdapat dua jenis - adalah hasil dari bintang besar, satu bintang, tetapi cukup besar, pada urutan 10-50 kali lebih besar daripada Matahari kita, tiba dengan kematian bintang. Pada akhir jangka hayat semula jadi. Setelah mati, ia membuat lubang hitam, dan sebilangan kecil bintang-bintang ini, kami percaya dapat membuat pecah sinar gamma.
Fraser: Dan anda membuat tinjauan mengenai quasars dan ledakan sinar gamma, dan apa yang anda dapati?
Dr. Prochaska: Saya meletakkan pelajar pada projek dengan quasar terlebih dahulu. Terdapat pangkalan data awam yang dipanggil Sloan Digital Sky Survey, dan meninjau sebahagian besar langit utara. Dan mereka telah mengambil spektrum hampir satu juta objek, terutamanya tinjauan galaksi di tengahnya. Selain mempelajari galaksi, mereka juga mempelajari kuarsa. Mereka telah mengambil spektroskopi sekitar 60,000 quasar sekarang, dan mereka telah melepaskan data tersebut secara terbuka kepada siapa saja di planet ini yang menginginkannya. Lebih kurang, kami menelusuri pangkalan data itu, mencari tanda tangan galaksi yang terletak di antara kami dan quasar. Oleh itu, jika anda mempunyai quasar pada jarak yang sangat besar, kerana mereka cenderung berbohong, ada kemungkinan ada galaksi yang cukup besar antara kami dan quasar itu. Galaksi menampakkan dirinya dengan garis penyerapan pada quasar. Oleh itu, anda menganalisis spektrum quasar, anda melihat ciri-ciri ini berkaitan dengan quasar yang sangat khas, tetapi anda mungkin melihat ketiadaan cahaya dalam kes ini. Sidik jari galaksi itu sendiri yang secara kebetulan terletak di antara kita dan quasar. Ilmu semacam itu adalah sesuatu yang saya buat sejak 12 tahun kebelakangan ini. Saya telah melihat pelajar saya melalui 50,000 quasar ini dalam tinjauan Sloan, dan mengira berapa kerap kita mempunyai galaksi yang terletak di antara kita dan quasar. Itulah langkah awal dan banyak ilmu yang boleh keluar dari pencarian galaksi-galaksi ini.
Fraser: Oleh itu, anda mungkin tidak dapat melihat secara visual jika ada galaksi di sana, tetapi anda dapat mengesannya.
Dr. Prochaska: Betul. Bima Sakti kita sendiri penuh dengan bintang dan gas serta debu. Sejauh baryon berkenaan, proton dan neutron. Tiga fasa utama baryon berada di Bima Sakti adalah bintang, yang anda lihat dengan mudah, gas, yang lebih kurang kelihatan, tetapi mengeluarkan pada 21 cm - teknik terkenal yang digunakan untuk memetakan gas di galaksi kita dengan teleskop radio. Tetapi gas juga dapat menyerap cahaya. Ia memancarkan pada panjang gelombang 21 cm, tetapi juga menyerap pada frekuensi tertentu. Ia akan menyerap cahaya dari objek latar. Dan hampir semua galaksi bukan hanya mempunyai bintang tetapi gas yang dihasilkan bintang-bintang itu, dan seseorang dapat mengesan galaksi, tanda galaksi itu dengan mengkaji gas tersebut. Dan itulah teknik yang kami gunakan untuk quasar, dan itu adalah teknik yang sama yang kami gunakan untuk pecah sinar gamma.
Fraser: Betul, dan apa yang anda dapati dengan ledakan sinar gamma?
Dr. Prochaska: Sebenarnya, satu perkara penting yang saya tinggalkan dalam membandingkan kuarsar dengan ledakan sinar gamma adalah bahawa mereka sangat terang. Seperti namanya, mereka memancarkan banyak sinar gamma, tetapi sebahagian kecil dari mereka - tentu lebih daripada separuh - juga memancarkan sinaran pada sinar ultraviolet, sinar-X, cahaya optik, bahkan cahaya radio, dan sangat terang pada frekuensi tersebut . Oleh itu, kita dapat melihatnya di seluruh Alam Semesta dalam frekuensi ultraviolet atau optik, dan menggunakannya untuk mengkaji gas yang ada di antara kita dan pecah sinar gamma. Apa yang berbeza dalam quasars, sekurang-kurangnya buat masa ini, terdapat lebih banyak letupan sinar gamma yang telah ditemui. Ia memerlukan satelit ruang untuk mengesan fenomena ini, sebilangan besar teknologi yang belum ada dalam tahap hebat sehingga baru-baru ini. Jadi jumlah perkara ini yang telah dikesan masih ada pada tahun 1000-an, tetapi hanya 1-200 yang dapat kita kaji dengan terperinci. Itulah yang kami lakukan, dengan mengambil sebahagian daripada 100 atau lebih, memperoleh spektrum ledakan sinar gamma, dan sekali lagi mencari tanda galaksi yang terletak di antara kami dan ledakan, sekali lagi melalui gas. Ringkasnya adalah bahawa walaupun kita mempunyai sedikit sampel pecah sinar gamma, lebih banyak kelebihan galaksi yang ketara terhadap pecah sinar gamma, tetapi terdapat pada kuarsar.
Fraser: Berapa banyak lagi?
Dr. Prochaska: Angka sekarang adalah 4, yang telah diukur dengan baik, saya katakan ralatnya adalah 1, jadi 4 tambah atau tolak 1. Yang penting ialah peningkatan itu. Peningkatan mungkin satu hari menjadi 3 atau mungkin 1.5, tetapi peningkatan di atas quasar sangat baik.
Fraser: Untuk beberapa sebab terdapat lebih banyak galaksi di antara kita dan pecah sinar gamma yang jauh daripada di antara kita dan quasar. Bagaimana mungkin? Mereka berjauhan.
Dr. Prochaska: Benar, dan yang perlu ditekankan pertama adalah bahawa secara priori, kita tidak menjangka bahawa galaksi yang kita secara rawak terhadap kuarsar atau pecah sinar gamma ada kaitannya dengan sumber cahaya latar itu. Sekali lagi, kita dapati sebuah quasar pada jarak yang sangat jauh dari kita, galaksi juga berada jauh dari kita, tetapi juga, pada masa yang sama, jarak yang sangat besar dari quasar. Sehingga anda tidak mengharapkan persatuan; tidak ada hubungan graviti, tidak ada elektromagnetik, tidak ada hubungan fizikal antara galaksi yang kita kenal pasti dan quasar. Begitu juga dengan percubaan pecah sinar gamma. Letupan sinar gamma berada pada jarak yang sangat jauh dari kita, kita melihat galaksi ke arahnya - mereka berada pada jarak yang sangat jauh dari kita, tetapi juga pada jarak yang sangat jauh dari ledakan sinar gamma. Dan sekali lagi, kita tidak mempunyai harapan apriori mengenai hubungan fizikal antara galaksi itu dan pecah sinar gamma yang ada di belakangnya. Sudah tentu di permukaannya cukup menakjubkan, ujiannya cukup mudah. Reaksi segera kami adalah, oke, apa yang berlaku?
Terdapat tiga bias, atau penjelasan - dalam astronomi kita akan memanggilnya bias pemilihan. Dan tiga penjelasan utama, penjelasan yang jelas, yang dapat memberikan hasil ini adalah pertama: debu. Galaksi, seperti yang saya katakan, mempunyai jirim dalam tiga fasa: dalam bintang, gas dan debu. Sebilangan besar galaksi, atau mungkin semua galaksi mempunyai habuk di dalamnya. Dan aspek utama debu adalah bahawa ia memadamkan sumber latar belakang. Oleh itu, anda taburkan sedikit debu antara anda dan quasar, dan anda akan menjadikannya lebih lemah. Galaksi-galaksi ini mempunyai debu di dalamnya, dan anda dapat membayangkan quasar yang benar-benar hilang, ketika anda melakukan tinjauan ini di seluruh langit. Galaksi yang mempunyai banyak debu di dalamnya akan mengaburkan quasar, dan anda tidak akan pernah melihatnya. Itu tidak akan dikira dalam sampel anda. Tetapi letupan sinar gamma, yang dikesan dengan pendekatan yang sangat berbeza, menggunakan sinar gamma, tidak akan sensitif terhadap debu ini - anda masih berpotensi mengesan pecah sinar gamma dan menghitungnya dalam sampel anda. Oleh itu, anda akan berakhir dengan jumlah objek yang terlalu banyak dalam sampel sinar gamma, dengan ketiadaan quasar kerana debu. Sebab mengapa kita tidak menganggap bahawa jawapannya adalah bahawa kita mempunyai pemahaman yang baik tentang seberapa banyak debu galaksi, dan tidak cukup untuk mengeluarkan quasar yang cukup dari sampel untuk menebus perbezaannya dengan faktor 4.
Jadi itu penjelasan nombor 1. Nombor 2 adalah anggapan priori kita, bahawa gas tidak ada kaitan dengan pecah sinar gamma atau quasar itu salah. Saya mengatakan bahawa gas ini berada jauh dari kita, dan dari quasar dan dari sinar gamma. Mungkin masalah yang paling sukar dalam astronomi sebenarnya adalah mengukur jarak. Saya tidak benar-benar mengukur jarak gas, saya mengukur pergeseran merah gas, dan itu memberi saya anggaran jarak, dengan anggapan bahawa pergeseran merah disebabkan oleh pengembangan Alam Semesta. Benar-benar pergeseran merah hanyalah halaju. Oleh itu, saya mengukur halaju gas, saya mengukur halaju pecah sinar gamma. Saya tahu kedua-duanya berbeza, yang saya tahu dengan fakta saintifik mutlak. Saya mengandaikan bahawa perbezaan halaju disebabkan oleh pengembangan Alam Semesta dan jarak jarak antara objek. Tetapi ada kemungkinan letupan sinar gamma benar-benar mengeluarkan gas ini semasa letupan, katakanlah, pada halaju yang sangat tinggi sehingga ia mempunyai kecepatan yang berbeza dari sinar gamma yang meletup itu sendiri, dan itulah sebab perbezaan pergeseran merah, dan oleh itu menyebabkan saya mengatakan bahawa mereka mempunyai jarak yang berbeza. Jadi, singkatnya, penjelasan untuk nombor 2 adalah bahawa letupan sinar gamma mengeluarkan gas pada kecepatan yang sangat tinggi dan kita mengukur gas itu dan memanggilnya galaksi, padahal sebenarnya hanya gas yang dikeluarkan dari semburan sinar gamma . Itu masih merupakan pilihan yang sesuai buat masa ini. Aras baliknya, dan yang tegas adalah bahawa dalam banyak kes, kita telah mengenal pasti bukan hanya gas, tetapi juga bintang dari galaksi yang mesti menjadi tuan rumah gas itu. Jadi bukan hanya gas harus dikeluarkan, tetapi galaksi harus dikeluarkan oleh ledakan sinar gamma, dan itu mulai meregangkan khayalan.
Jadi itu menuju ke pintu nombor 3, iaitu lensa graviti. Galaksi, apa sahaja dengan jisim, mempunyai kesan dengan menjadikan objek di belakangnya secara visual lebih terang daripada yang sebenarnya. Kami rasa ada galaksi di sini, kami tahu bahawa kami mempunyai konsentrasi besar-besaran, jadi sangat mungkin mereka memengaruhi kecerahan objek di belakangnya, dan membuat sinar gamma meletup jauh lebih terang daripada yang seharusnya. Sebab utama kita melihat ledakan sinar gamma adalah kerana kita mempunyai galaksi di sana. Kita memerlukan galaksi di sana untuk melihat sinar gamma meletup. Dan itu adalah kesan pemilihan di mana jika kita tidak mempunyai galaksi, kita tidak akan melihatnya, dan itu membawa kepada kelebihan quasar, di mana kuasar mungkin cukup terang tanpa galaksi. Dan lensa graviti, seperti yang mungkin anda ketahui, bukanlah sesuatu yang telah saya kerjakan secara langsung, tetapi para pakar di lapangan memberitahu saya bahawa itu bukan penjelasan yang mungkin, atau penjelasan yang dominan mengenai hasilnya.
Fraser: Jadi anda kehabisan idea.
Dr. Prochaska: Ya, kami pasti telah melalui tiga perkara yang jelas, yang akan dibuat oleh sesiapa sahaja, tetapi mempunyai hujah balas yang cukup kuat terhadapnya. Kumpulan lain muncul dengan idea ke-4 yang lain, yang menurut saya cukup pintar, bahawa quasar mempunyai ukuran yang berbeza daripada pecah sinar gamma. Agak halus bagaimana perkara itu dapat membuat perbezaan besar, tetapi mereka mengatakan, mungkin itu penjelasannya, namun kami dan yang lain telah mengemukakan hujah balas yang sangat kuat terhadap pintu nombor 4 ketika ini. 4 idea baik yang telah dikemukakan mempunyai kegagalan bagi mereka.
Fraser: Jadi apa yang seterusnya? Saya anggap anda akan mencari lebih banyak data.
Dr. Prochaska: Tentunya saya ingin mengesampingkan bahawa gas itu berkaitan dengan pecah sinar gamma, itu disebabkan oleh ledakan sinar gamma. Saya benar-benar ingin membuktikan bahawa yang pasti tidak benar, dan caranya adalah dengan mengenal pasti galaksi dan bintang sebenar yang berkaitan dengan gas. Oleh itu, orang dalam pasukan kami dan pasukan lain akan kembali dan mencari galaksi yang sebenarnya menahan gas. Sekiranya kita tidak menemui galaksi, saya rasa itu akan lebih mempercayai idea bahawa gas dikeluarkan oleh letupan sinar gamma. Oleh itu, pasti ada kerja yang perlu dilakukan untuk mengkaji galaksi yang berkaitan. Dalam garis yang sama, kita dapat menyimpulkan berapa banyak jisim di galaksi dan menguji hipotesis lensa graviti dengan lebih baik, serta mengetahui berapa banyak debu di galaksi untuk menguji hipotesis debu. Walaupun saya sedang bermain, dan saya rasa ini sangat penting bagi kita untuk belajar banyak mengenai galaksi ke arah sinar gamma untuk melihat apakah ada sesuatu yang lucu sedang berlaku, atau sifat lain yang dapat menjelaskan hasilnya. Perkara lain yang jelas untuk dilakukan, dan ini akan dilakukan, hanya untuk menunggu lebih banyak letupan sinar gamma datang dan mengulangi eksperimen itu pada lebih banyak garis penglihatan. Oleh itu, kini terdapat teleskop ruang angkasa NASA Swift, di mana kita akan mendapat 10s atau 100s lebih banyak letupan sinar gamma sehingga kita dapat mengulangi percubaan ini, dan dengan jelas dapat mengetahui betapa signifikannya statistik itu.
Fraser: Adakah jenis idea yang benar-benar ada di luar sana yang anda fikir mungkin boleh dilakukan?
Dr. Prochaska: Saya pasti akan ada kertas yang ditulis seiring dengan itu. Itu bukan pilihan kegemaran saya buat masa ini. Tetapi, saya seorang saintis, saya seorang realis. Kami membawa mesej bahawa terdapat penemuan yang pelik ini, dan kami melihat dengan sangat teliti bagaimana kami membuat kajian ini, kami membuat apel hingga epal semampu kami, dan saya rasa kami melakukan itu dengan adil. Itu adalah langkah 1. Langkah 2, sebagai pemerhati, saya rasa saya harus dapat menjelaskan hasilnya setelah kita memperolehnya. Seperti yang saya katakan, kami mengemukakan tiga idea, dan sayangnya, saya rasa tidak ada idea yang tersekat ketika ini. Sekiranya saya dapat mematikan semua idea, dan jika hasilnya dapat bertahan dengan 50 ledakan sinar gamma berikutnya, pada ketika itu anda harus kembali ke andaian awal anda; salah satunya adalah kosmologi seperti yang kita ketahui. Saya katakan bahawa saya hampir dengan itu, tetapi beri saya dua tahun dan jika perkara tidak berubah dari apa yang kita lihat, ya, saya rasa anda harus kembali ke langkah 0 mengikut andaian anda mengenai Alam semesta.
