Представьте, что вы смотрите на красные дома, и иногда вы видите, как мимо пролетает ворона. Ворона и дом могут быть на расстоянии многих миль, так что это должно быть невозможно, верно? Что ж, согласно новому опросу, если вы посмотрите на квазар, вы увидите галактику впереди в 25% случаев. Но для гамма-всплесков почти всегда есть промежуточная галактика. Даже если они могут быть разделены миллиардами световых лет. Пойми это. Доктор Джейсон X. Прочаска из Калифорнийского университета в Санта-Круз рассказывает мне о странных результатах, которые они получили, и о том, что может быть причиной.
Послушайте интервью: загадочная разница (7,8 МБ)
Или подписаться на подкаст: universetoday.com/audio.xml
Фрейзер Кейн: Хорошо, чтобы дать людям некоторое представление, в чем разница между гамма-всплеском и квазаром? Я думаю, они довольно разные.
Д-р Прочаска: Да, возможно, я начну со сходства. Они оба очень интересные объекты для изучения космологии, потому что они чрезвычайно яркие объекты. Другое сходство в том, что мы считаем, что они оба связаны с черными дырами, но после этого между двумя типами объектов есть большая разница. Считается, что квазары - это сверхмассивные черные дыры - черные дыры, но чрезвычайно массивные, в некоторых случаях такие же массивные, как галактика. Аккрецирующий газ на черную дыру нагревается, и свет, который мы видим, является квазаром. Поскольку они сверхмассивные, они могут накапливать много-много газа, и в результате могут очень ярко светить, что видно на очень больших расстояниях.
Гамма-всплеск, по крайней мере, на котором основана эта статья - есть два типа - является результатом массивной звезды, одной звезды, но довольно массивной, в 10-50 раз более массивной, чем наше Солнце, прибывает со смертью звезды. В конце своей естественной жизни. После своей смерти он создает черную дыру, и мы считаем, что некоторые из этих звезд создают гамма-всплески.
Фрейзер: А вы провели обзор квазаров и гамма-всплесков, и что вы нашли?
Д-р Прочаска: Сначала я включил студента в проект с квазарами. Существует общедоступная база данных под названием Sloan Digital Sky Survey, которая опрашивает большую часть северного неба. И они сняли спектры, вероятно, близко к миллиону объектов, в основном это был обзор галактики. Помимо изучения галактик, они также изучали квазары. Сейчас они взяли спектроскопию около 60 000 квазаров и публично обнародовали эти данные всем, кто захочет. Более или менее мы просматривали эту базу данных в поисках сигнатур галактик, которые лежат между нами и квазарами. Так что, если у вас есть квазар на очень большом расстоянии, так как они склонны лежать, есть вероятность, что между нами и этим квазаром есть довольно большая галактика. Галактика проявляется по линиям поглощения на квазаре. Таким образом, вы анализируете спектр квазара, вы видите эти особенности, связанные с квазаром, которые очень различимы, но вы можете увидеть отсутствие света в этом случае. Отпечаток самой галактики, которая по совпадению лежит между нами и квазаром. Такого рода наукой я занимаюсь последние 12 лет. В обзоре Слоана мой ученик просмотрел эти 50 000 квазаров и подсчитал, как часто между нами и квазаром лежит галактика. Это первый шаг, и есть много науки, которая может прийти из такого поиска этих галактик.
Фрейзер: Значит, вы не сможете увидеть визуально, есть ли там галактика, но вы можете ее обнаружить.
Доктор Прочаска: Это верно. Наш Млечный Путь полон звезд, газа и пыли. Что касается барионов, то протоны и нейтроны. Основными тремя фазами, в которых барионы находятся в Млечном Пути, являются звезды, которые вы с готовностью видите, газ, который более или менее невидим, но излучает на 21 см - хорошо известная методика, используемая для картирования газа в нашей галактике с помощью радиотелескопы. Но газ также может поглощать свет. Он излучает на длине волны 21 см, но также поглощает на определенных частотах. Он будет поглощать свет от фонового объекта. И поэтому почти все галактики имеют не только звезды, но и газ, из которого эти звезды образуются, и можно изучить галактику, сигнатуру этой галактики, изучая газ. И эту технику мы используем для квазаров, и эту же технику мы используем для гамма-всплесков.
Фрейзер: Точно, а что вы нашли с гамма-всплесками?
Д-р Прочаска: На самом деле, один важный момент, который я упустил при сравнении квазаров с гамма-всплесками, это то, что они очень яркие. Как и в их названии, они излучают много гамма-лучей, но значительная их часть - определенно больше половины - также излучает ультрафиолетовое, рентгеновское, оптическое излучение и даже радио-свет, и на этих частотах они очень яркие. , И поэтому мы можем видеть их по всей Вселенной на ультрафиолетовых или оптических частотах и использовать их для изучения газа, который находится между нами и гамма-всплеском. Что отличается в квазарах, по крайней мере, на данный момент, так это то, что было обнаружено гораздо меньше гамма-всплесков. Для обнаружения этих явлений требуется космический спутник, достаточное количество технологий, которых до недавнего времени не было на высоком уровне. Таким образом, количество обнаруженных вещей до сих пор исчисляется тысячами, но только 1-200, которые мы можем изучить очень подробно. Это то, что мы делали, взяв хотя бы подмножество этих 100 или около того, получили спектр гамма-всплеска и снова искали сигнатуру галактик, которые лежат между нами и всплеском, снова через газ. В итоге мы получаем небольшую выборку гамма-всплесков, но значительно больше переизбытка галактик в сторону гамма-всплесков, чем в сторону квазаров.
Фрейзер: сколько еще?
Д-р Прочаска: Сейчас число равно 4, оно хорошо измерено, я бы сказал, что ошибка равна 1, поэтому 4 плюс или минус 1. Что важно, так это улучшение. Улучшение может однажды оказаться равным 3 или, может быть, 1,5, но улучшение по сравнению с квазаром очень хорошее.
Фрейзер: По некоторым причинам между нами и далекими гамма-всплесками больше галактик, чем между нами и квазарами. Как это возможно? Они так далеко друг от друга.
Д-р Прочаска: Правильно, и в первую очередь следует подчеркнуть, что априори мы не ожидаем, что галактики, которые мы случайным образом направляем к квазарам или гамма-всплескам, имеют какое-либо отношение к этому источнику фонового света. Опять же, мы находим квазар на большом расстоянии от нас, галактика также на расстоянии от нас, но в то же время на очень большом расстоянии от квазара. Настолько, что вы не ожидаете никакой связи; Никакой гравитационной ассоциации, никакой электромагнитной, никакой физической ассоциации между галактикой, которую мы идентифицируем, и квазаром. И то же самое верно для эксперимента с гамма-всплеском. Гамма-всплески находятся на большом расстоянии от нас, мы видим галактики к нему - они находятся на большом расстоянии от нас, но также на большом расстоянии от гамма-всплеска. И опять же, у нас нет априорных ожиданий каких-либо физических отношений между этой галактикой и гамма-всплеском, который за ней стоит. Конечно, на первый взгляд это довольно потрясающе, тест довольно прост. Наша немедленная реакция, хорошо, что происходит?
Есть три искажения или объяснения - в астрономии мы бы назвали их отклонениями выбора. И три ключевых объяснения, очевидные объяснения, которые могли бы дать вам этот результат: пыль. Галактики, как я уже сказал, имеют материю в трех фазах: в звездах, газе и пыли. В большинстве галактик, или, возможно, во всех галактиках есть пыль. И ключевым аспектом пыли является то, что она гасит источник фона. Таким образом, вы распыляете немного пыли между вами и квазаром, и вы сделаете его слабее. Во всех этих галактиках есть пыль, и вы можете себе представить, что на самом деле отсутствуют квазары, когда проводите обзор по всему небу. Галактики, в которых много пыли, затенят квазар, и вы никогда не будете смотреть на него. Он никогда не будет учтен в вашем образце. Но гамма-всплески, которые обнаруживаются с помощью совершенно другого подхода, использующего гамма-лучи, не будут столь же чувствительны к этой пыли - вы все равно потенциально обнаружите гамма-всплеск и посчитаете его в своем образце. Таким образом, в результате вы получите перерасчет объектов в образце гамма-излучения с отсутствием квазаров из-за пыли. Причина, по которой мы не думаем, что ответ заключается в том, что у нас есть хорошее представление о том, сколько пыли составляют галактики, и недостаточно удалить достаточно квазаров из образца, чтобы компенсировать разницу в 4 раза.
Итак, это объяснение номер 1. Номер 2 заключается в том, что наше априорное предположение, что газ не имеет ничего общего с гамма-всплеском или квазар, неверен. Я сказал, что этот газ находится очень далеко от нас, от квазара и от гамма-всплеска. Вероятно, самая сложная проблема в астрономии - это измерение расстояния. Я на самом деле не измеряю расстояние газа, я измеряю красное смещение газа, и это дает мне оценку расстояния, исходя из предположения, что красное смещение связано с расширением Вселенной. Действительно красное смещение - это просто скорость. Итак, я измеряю скорость газа, я измеряю скорость гамма-всплеска. Я знаю, что они разные, что я знаю с абсолютным научным фактом. Я предполагаю, что разница в скоростях обусловлена расширением Вселенной и, следовательно, расстоянием между объектами. Но возможно, что гамма-всплески фактически выплескивали этот газ во время взрыва, скажем, с очень высокими скоростями, так что он имеет скорость, отличную от скорости самого гамма-всплеска, и это является причиной различия в красном смещении, и следовательно, заставляю меня говорить, что они имеют разные расстояния Итак, в двух словах, объяснение для номера 2 состоит в том, что гамма-всплески выбрасывают газ с очень высокими скоростями, и мы измеряем этот газ и называем его галактикой, когда на самом деле это просто газ, выбрасываемый из гамма-всплесков , Это все еще жизнеспособный вариант на данный момент. Контраргумент этому, и он твердый, заключается в том, что во многих случаях мы определили не только газ, но и звезды из галактики, которые должны содержать этот газ. Таким образом, не только газ должен быть выброшен, но и галактика должна быть выброшена взрывом гамма-излучения, и это начинает растягивать воображение.
Так что это приводит к двери № 3, которая является гравитационным линзированием. Галактики, имеющие массу, имеют эффект, делая объекты позади них визуально ярче, чем они есть на самом деле. Мы думаем, что у нас есть галактики, мы знаем, что у нас есть массовая концентрация, поэтому вполне возможно, что они влияют на яркость объекта позади них и делают гамма-всплески намного ярче, чем они были бы в противном случае. Основная причина, по которой мы видим гамма-всплески, заключается в том, что у нас там есть галактика. Нам нужна галактика, чтобы увидеть гамма-всплеск. И это эффект выбора, при котором, если бы у нас не было галактики, мы бы ее не увидели, и это приводит к переизбытку квазаров, где квазары могут быть достаточно яркими без галактик. И гравитационное линзирование, как вы, вероятно, можете сказать, это не то, над чем я работал напрямую, но эксперты в этой области говорят мне, что это не является вероятным объяснением или доминирующим объяснением результата.
Фрейзер: То есть у тебя заканчиваются идеи.
Д-р Прочаска: Да, мы, конечно, пробежались по трем очевидным из них, которые придут кому угодно, но у нас есть достаточно веские контраргументы. Другая группа пришла с еще одной четвертой идеей, которая, я думаю, была довольно умной, что квазары имеют размер, отличный от гамма-всплесков. Это немного тонко для понимания того, как это может иметь большое значение, но они сказали, что, возможно, это и есть объяснение, но мы и другие придумали действительно сильные контраргументы против двери № 4 на данный момент. У 4 приличных идей, которые были предложены, есть недостатки к ним.
Фрейзер: А что дальше? Я полагаю, вы будете искать больше данных.
Д-р Прочаска: Конечно, я хочу исключить, что газ связан с гамма-всплесками, то есть он выбрасывается из гамма-всплесков. Я действительно хотел бы доказать, что это, безусловно, неверно, и способ сделать это состоит в том, чтобы идентифицировать реальную галактику и звезды, которые связаны с газом. Так что люди в нашей команде и других командах возвращаются и ищут галактику, которая действительно удерживает газ. Если бы мы не нашли галактики, я думаю, что это больше поверило бы в идею, что газ был выброшен гамма-всплеском. Так что, безусловно, предстоит работа по изучению связанных галактик. В этих же строках мы можем сделать вывод, сколько массы находится в галактиках, и лучше проверить гипотезу гравитационного линзирования, а также узнать, сколько пыли в галактиках, чтобы проверить гипотезу пыли. Даже когда я не играю в них, и я думаю, нам, безусловно, следует узнать как можно больше о галактиках в направлении гамма-всплесков, чтобы увидеть, происходит ли что-то смешное или какие-либо другие свойства, которые могли бы объяснить результат. Другая очевидная вещь, которую нужно сделать, и это будет сделано, это просто дождаться появления новых гамма-всплесков и повторить этот эксперимент на большем количестве линий обзора. И поэтому в настоящее время работает космический телескоп NASA Swift, где мы получим гамма-всплески на 10, а может и на 100 с, на которых мы можем повторить этот эксперимент, и очень убедительно выясним, насколько он статистически значим.
Фрейзер: Есть ли какая-то идея, которая, как вы думаете, вполне возможна?
Д-р Прочаска: Я уверен, что будут документы, написанные в том же духе. Это не будет моим любимым вариантом на данный момент. Но я ученый, я реалист. Мы принесли сообщение о том, что есть эта своеобразная находка, и мы очень тщательно изучили то, как мы провели исследование, мы сделали яблоки яблокам в меру своих возможностей, и я думаю, что мы справились с этим справедливо. Это своего рода шаг 1. Шаг 2, как наблюдатель, я чувствую, что смогу объяснить результат, как только мы его получим. Как я уже сказал, мы выдвинули три идеи, и, к сожалению, я не думаю, что какая-то из них застряла на данный момент. Если я смогу убить все идеи и если результат удовлетворительный со следующими 50 гамма-всплесками, в этот момент вам придется вернуться к своим первоначальным предположениям; одна из них - космология, какой мы ее знаем. Я говорю, что где-то близко к этому, но дайте мне два года, и если что-то не изменится с тем, что мы видим, да, я думаю, вы должны вернуться к шагу 0 в своей линии предположений о Вселенная.
