ลองนึกภาพดูบ้านสีแดงและบางครั้งคุณเห็นอีกาบินผ่านมา อีกาและบ้านนั้นอยู่ห่างกันหลายไมล์ดังนั้นมันจะเป็นไปไม่ได้ใช่มั้ย จากการสำรวจใหม่ถ้าคุณมองดูควาซาร์คุณจะเห็นกาแลคซีหน้า 25% ของเวลา แต่สำหรับการปะทุรังสีแกมม่ามีกาแลคซีที่แทรกแซงอยู่เกือบตลอดเวลา แม้ว่าพวกเขาจะถูกแยกจากกันโดยพันล้านปีแสง คิดออกว่า Dr. Jason X. Prochaska จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาครูซพูดกับฉันเกี่ยวกับผลลัพธ์ที่แปลกประหลาดที่พวกเขาพบและสิ่งที่อาจเป็นสาเหตุ
ฟังการสัมภาษณ์: A Puzzling Difference (7.8 MB)
หรือสมัครสมาชิก Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: โอเคเพื่อให้พื้นหลังกับผู้คนความแตกต่างระหว่างการปะทุรังสีแกมม่าและควาซาร์คืออะไร ฉันคิดว่าพวกเขาแตกต่างกันมาก
ดร. Prochaska: ใช่ฉันอาจจะเริ่มด้วยความคล้ายคลึงกัน ทั้งคู่เป็นวัตถุที่น่าสนใจสำหรับการศึกษาจักรวาลวิทยาเพราะเป็นวัตถุที่สว่างมาก ความคล้ายคลึงกันอีกอย่างหนึ่งคือเราเชื่อว่าทั้งคู่เกี่ยวข้องกับหลุมดำ แต่หลังจากนั้นมีความแตกต่างกันอย่างมากระหว่างวัตถุสองประเภท เชื่อว่าควาซาร์จะเป็นหลุมดำมวลมหาศาล - หลุมดำดังกล่าว แต่มีมวลมหาศาลมากในบางกรณีอาจมีขนาดใหญ่เท่ากับกาแลคซี การสะสมก๊าซเข้าสู่หลุมดำจะทำให้ร้อนขึ้นและแสงที่เราเห็นก็คือควาซาร์ เนื่องจากเป็นมวลมหาศาลพวกเขาสามารถสะสมก๊าซจำนวนมากและเป็นผลให้สามารถส่องสว่างมากซึ่งสามารถมองเห็นได้จากระยะทางไกลมาก
การระเบิดของรังสีแกมมาอย่างน้อยที่สุดซึ่งบทความนี้มีพื้นฐานมาจาก - มีสองประเภท - เป็นผลมาจากดาวมวลสูงดวงดาวเดี่ยว แต่มีมวลค่อนข้างใหญ่ตามลำดับ 10-50 เท่ามวลดวงอาทิตย์ของเรา มาถึงพร้อมกับความตายของดวงดาว ในตอนท้ายของอายุขัยตามธรรมชาติ เมื่อมันตายมันสร้างหลุมดำและดาวบางส่วนเราเชื่อว่าสร้างการปะทุของรังสีแกมม่า
Fraser: และคุณสำรวจควาซาร์และการระเบิดของรังสีแกมม่าแล้วคุณค้นพบอะไร
ดร. Prochaska: ฉันให้นักเรียนทำโครงงานด้วยควาซาร์ก่อน มีฐานข้อมูลสาธารณะที่เรียกว่า Sloan Digital Sky Survey และมีการสำรวจเศษเสี้ยวของท้องฟ้าเหนือ และพวกเขาได้ทำการสเปคตรัมของวัตถุเกือบหนึ่งล้านชิ้นซึ่งส่วนใหญ่เป็นการสำรวจกาแลคซีที่เป็นหัวใจของมัน นอกเหนือจากการศึกษากาแลคซีพวกเขายังศึกษาควาซาร์ ตอนนี้พวกเขาได้ทำการสเปคตรัมประมาณ 60,000 ควาซาร์และพวกเขาได้เปิดเผยข้อมูลนั้นแก่ทุกคนบนโลกที่ต้องการมัน ไม่มากก็น้อยเราหมุนรอบฐานข้อมูลนั้นเพื่อค้นหาลายเซ็นกาแลคซีที่อยู่ระหว่างเรากับควาซาร์ ดังนั้นหากคุณมีควาซาร์ในระยะทางที่ไกลมากเนื่องจากมีแนวโน้มที่จะโกหกมีโอกาสที่จะมีกาแลคซีขนาดใหญ่ระหว่างเรากับควาซาร์นั้น กาแลคซีเผยให้เห็นตัวเองโดยสายการดูดซึมในควาซาร์ ดังนั้นคุณวิเคราะห์สเปกตรัมของควาซาร์คุณจะเห็นคุณสมบัติเหล่านี้ที่เกี่ยวข้องกับควาซาร์ที่มีความโดดเด่นมาก แต่คุณอาจเห็นว่าไม่มีแสงในกรณีนี้ ลายนิ้วมือของดาราจักรเองที่บังเอิญอยู่ระหว่างเรากับควาซาร์ วิทยาศาสตร์แบบนั้นเป็นสิ่งที่ฉันทำมาตลอด 12 ปีที่ผ่านมา ฉันให้นักเรียนดูผ่าน 50,000 ควาซาร์ในแบบสำรวจสโลนและนับว่าเรามีกาแลคซีอยู่ระหว่างเรากับควาซาร์บ่อยแค่ไหน นั่นเป็นก้าวแรกที่บ้าคลั่งและมีวิทยาศาสตร์มากมายที่สามารถค้นพบกาแลคซีเหล่านี้ได้
เฟรเซอร์: ดังนั้นคุณอาจไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าหากมีกาแลคซีอยู่ที่นั่น แต่คุณสามารถตรวจจับได้
ดร. Prochaska: ถูกต้อง ทางช้างเผือกของเราเต็มไปด้วยดวงดาวและก๊าซและฝุ่น เท่าที่แบริออนเกี่ยวข้องโปรตอนและนิวตรอน สามขั้นตอนหลักที่ baryons อาศัยอยู่ในทางช้างเผือกคือดาวฤกษ์ที่คุณเห็นก๊าซค่อนข้างมากซึ่งมองไม่เห็นมากขึ้นหรือน้อยลง แต่ปล่อยที่ 21 ซม. ซึ่งเป็นเทคนิคที่รู้จักกันดีในการทำแผนที่ก๊าซในกาแลคซีของเราด้วย กล้องโทรทรรศน์วิทยุ แต่ก๊าซก็สามารถดูดซับแสงได้ มันเปล่งแสงที่ความยาวคลื่น 21 ซม. แต่มันก็ดูดซับที่ความถี่เฉพาะ มันจะดูดซับแสงจากวัตถุพื้นหลัง และกาแลคซีเกือบทั้งหมดมีดาวไม่เพียง แต่ก๊าซที่ดาวเหล่านั้นก่อตัวขึ้นและเราสามารถตรวจจับกาแลคซีซึ่งเป็นลายเซ็นของกาแลคซีนั้นได้โดยศึกษาก๊าซ และนั่นคือเทคนิคที่เราใช้กับควาซาร์และเป็นเทคนิคเดียวกับที่เราใช้สำหรับการปะทุรังสีแกมม่า
Fraser: ถูกต้องแล้วคุณค้นพบอะไรกับแกมม่าที่ระเบิด?
ดร. Prochaska: ที่จริงแล้วจุดสำคัญอย่างหนึ่งที่ฉันทิ้งไว้ในการเปรียบเทียบควาซาร์กับการปะทุของรังสีแกมม่าคือพวกมันสว่างมาก เช่นเดียวกับชื่อของพวกเขาพวกมันเปล่งรังสีแกมม่าออกมามากมาย แต่ก็มีสัดส่วนที่ดี - มากกว่าครึ่งแน่นอน - ยังเปล่งรังสีในอุลตร้าไวโอเลต, รังสีเอกซ์, รังสีเอกซ์, แสงทางแสง, แม้แต่แสงคลื่นวิทยุและสว่างมาก . และเพื่อให้เราสามารถเห็นพวกมันข้ามจักรวาลในความถี่อัลตราไวโอเลตหรือแสงและใช้พวกมันเพื่อศึกษาก๊าซที่อยู่ระหว่างเรากับการระเบิดของรังสีแกมมา สิ่งที่แตกต่างในควาซาร์อย่างน้อยก็ในตอนนี้ก็คือมีการระเบิดของรังสีแกมม่าน้อยกว่าที่ค้นพบ มันต้องใช้ดาวเทียมอวกาศเพื่อตรวจสอบปรากฏการณ์เหล่านี้ซึ่งเป็นจำนวนที่เหมาะสมของเทคโนโลยีที่ไม่เคยมีมาก่อนในระดับที่ยอดเยี่ยม จำนวนสิ่งเหล่านี้ที่ตรวจพบยังคงเป็นตัวเลขใน 1000s แต่มีเพียง 1-200 ที่เราสามารถศึกษาอย่างละเอียด นั่นคือสิ่งที่เรากำลังทำอยู่แม้จะเป็นส่วนย่อยของ 100 หรือมากกว่านั้นก็จะได้สเปกตรัมของรังสีแกมม่าที่ระเบิดออกมาและค้นหาลายเซ็นกาแลคซีที่อยู่ระหว่างเรากับระเบิดอีกครั้งผ่านทางก๊าซ ผลลัพธ์สรุปคือในขณะที่เรามีตัวอย่างของการระเบิดของรังสีแกมม่าจำนวนเล็กน้อยกาแลคซีที่มีความหมายมากต่อการระเบิดของรังสีแกมม่านั้นมีความหมายมากเกินไป
เฟรเซอร์: มีอีกกี่คน?
ดร. Prochaska: ตอนนี้ตัวเลขคือ 4 ซึ่งวัดได้ดีฉันบอกว่าข้อผิดพลาดคือ 1 ดังนั้น 4 บวกหรือลบ 1 สิ่งสำคัญคือการปรับปรุง วันหนึ่งการปรับปรุงอาจกลายเป็น 3 หรืออาจ 1.5 แต่การปรับปรุงในช่วงควาซาร์นั้นฟังดูดีมาก
Fraser: ด้วยเหตุผลบางอย่างมีกาแลคซีอยู่ระหว่างเราและรังสีแกมม่าที่อยู่ไกลกว่าที่มีอยู่ระหว่างเราและควาซาร์ เป็นไปได้อย่างไร พวกเขาอยู่ไกลกันมาก
ดร. Prochaska: ถูกต้องและนั่นคือสิ่งที่ต้องเน้นก่อนคือในเบื้องต้นเราไม่มีความคาดหวังว่ากาแลคซีที่เราสุ่มไปทางควาซาร์หรือการระเบิดของรังสีแกมม่านั้นเกี่ยวข้องกับแหล่งกำเนิดแสงพื้นหลังนั้น อีกครั้งเราพบควาซาร์ในระยะทางที่ดีจากเรากาแล็กซี่ก็อยู่ห่างจากเราเช่นกัน แต่ในเวลาเดียวกันก็ห่างจากควาซาร์ในเวลาเดียวกัน มากเสียจนคุณไม่คาดหวังความสัมพันธ์ใด ๆ ไม่มีสมาคมแรงโน้มถ่วงไม่มีแม่เหล็กไฟฟ้าไม่มีการเชื่อมโยงทางกายภาพระหว่างกาแลคซีที่เราระบุและควาซาร์ และเช่นเดียวกันกับการทดลองระเบิดรังสีแกมมา การระเบิดของรังสีแกมม่านั้นอยู่ในระยะที่ห่างจากเรามากเราเห็นกาแลคซีหันไปทางนั้น - พวกมันอยู่ห่างจากเรามาก แต่ก็อยู่ในระยะที่ห่างไกลจากการระเบิดของรังสีแกมมา และอีกครั้งเราไม่มีความคาดหวังล่วงหน้าเกี่ยวกับความสัมพันธ์ทางกายภาพใด ๆ ระหว่างกาแลคซีและการปะทุของรังสีแกมม่าที่อยู่ด้านหลัง แน่นอนบนพื้นผิวที่ค่อนข้างน่าทึ่งการทดสอบค่อนข้างตรงไปตรงมา ปฏิกิริยาทันทีของเราคือโอเคเกิดอะไรขึ้น
มีอคติหรือคำอธิบายอยู่สามประการ - ในทางดาราศาสตร์เราเรียกมันว่าการเลือกแบบมีอคติ และคำอธิบายที่สำคัญสามประการคำอธิบายที่ชัดเจนที่สามารถให้ผลลัพธ์นี้กับคุณได้อันดับแรกคือฝุ่น อย่างที่ฉันบอกว่ากาแลกซี่มีสามขั้นตอน: ในดาวก๊าซและฝุ่น กาแลคซีส่วนใหญ่หรืออาจเป็นกาแลคซีทั้งหมดมีฝุ่นอยู่ภายใน และลักษณะสำคัญของฝุ่นละอองคือมันดับแหล่งกำเนิดพื้นหลัง ดังนั้นคุณจะโรยฝุ่นระหว่างคุณกับควาซาร์และคุณจะทำให้มันเงียบขึ้น กาแลคซีเหล่านี้มีฝุ่นอยู่ในตัวและคุณอาจจินตนาการถึงควาซาร์ที่หายไปเมื่อคุณทำแบบสำรวจนี้ทั่วทั้งท้องฟ้า กาแลคซีที่มีฝุ่นจำนวนมากในพวกเขาจะบดบังควาซาร์และคุณจะไม่มองมันเลย มันจะไม่ถูกนับเป็นตัวอย่างของคุณ แต่การระเบิดของรังสีแกมม่าซึ่งตรวจพบด้วยวิธีที่แตกต่างกันมากโดยใช้รังสีแกมม่าจะไม่ไวต่อฝุ่นละอองนี้ - คุณยังอาจตรวจจับการระเบิดของรังสีแกมมาและนับจำนวนตัวอย่างของคุณ ดังนั้นคุณจะจบลงด้วยจำนวนวัตถุที่มากเกินไปในตัวอย่างรังสีแกมม่าโดยไม่มีควาซาร์เนื่องจากฝุ่น สาเหตุที่เราไม่คิดว่าคำตอบคือเรามีความรู้สึกดีว่าฝุ่นเป็นกาแลคซีมากแค่ไหนและมันก็ไม่เพียงพอที่จะลบควาซาร์ออกจากตัวอย่างเพื่อชดเชยความแตกต่างด้วยปัจจัย 4
นั่นคือคำอธิบายข้อที่ 1 ข้อที่ 2 คือข้อสันนิษฐานเบื้องต้นของเราที่ว่าก๊าซไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการปะทุรังสีแกมม่าหรือควาซาร์ผิด ฉันบอกว่าแก๊สนี้อยู่ในระยะทางที่ดีจากเราและจากควาซาร์และจากการระเบิดของรังสีแกมมา อาจเป็นปัญหาที่ยากที่สุดในดาราศาสตร์คือระยะทาง ฉันไม่ได้วัดระยะทางของก๊าซจริง ๆ ฉันวัดระยะการเปลี่ยนของสีแดงและนั่นให้ระยะทางโดยประมาณกับฉันภายใต้สมมติฐานว่าการเปลี่ยนสีแดงนั้นเกิดจากการขยายตัวของเอกภพ Redshift จริงๆเป็นเพียงความเร็ว ดังนั้นฉันจึงวัดความเร็วของก๊าซฉันจะวัดความเร็วของการระเบิดของรังสีแกมม่า ฉันรู้ว่าทั้งสองแตกต่างกันฉันรู้ด้วยความจริงทางวิทยาศาสตร์แน่นอน ฉันสมมติว่าความแตกต่างของความเร็วนั้นเกิดจากการขยายตัวของเอกภพดังนั้นระยะทางระหว่างวัตถุ แต่เป็นไปได้ว่าการระเบิดของรังสีแกมม่าทำให้ก๊าซนี้ระเบิดออกมาในระหว่างการระเบิดพูดด้วยความเร็วสูงมากดังนั้นมันจึงมีความเร็วที่แตกต่างจากรังสีแกมม่าที่ระเบิดออกมาเองและนั่นเป็นสาเหตุของความแตกต่างในการเปลี่ยนสีแดง ดังนั้นฉันต้องบอกว่าพวกเขามีระยะทางที่แตกต่างกัน ดังนั้นโดยย่อคำอธิบายสำหรับหมายเลข 2 คือการที่รังสีแกมม่าออกมาเป็นแก๊สที่พุ่งออกมาด้วยความเร็วสูงมากและเรากำลังวัดค่าก๊าซนั้นและเรียกมันว่ากาแลคซีเมื่ออันที่จริงมันเป็นเพียงก๊าซที่ถูกปล่อยออกมาจาก . ยังคงเป็นตัวเลือกที่ทำงานได้ในขณะนี้ การโต้เถียงกับมันและสิ่งที่แข็งก็คือในหลาย ๆ กรณีเราระบุไม่เพียง แต่ก๊าซเท่านั้น แต่ยังรวมถึงดาวจากกาแลคซีที่ต้องใช้แก๊สนั้นด้วย ดังนั้นไม่เพียง แต่แก๊สจะต้องถูกผลักออกไปเท่านั้น แต่กาแลคซีจะต้องถูกผลักด้วยการระเบิดของรังสีแกมม่าและนั่นจะเริ่มขยายจินตนาการออกไป
นั่นก็นำไปสู่ประตูหมายเลข 3 ซึ่งเป็นเลนส์ความโน้มถ่วง กาแลคซีทุกอย่างที่มีมวลมีผลกระทบโดยการทำให้วัตถุที่อยู่ด้านหลังมองเห็นได้สว่างกว่าที่เป็นจริง เราคิดว่าเรามีกาแลคซีที่นี่เรารู้ว่าเรามีสมาธิเป็นจำนวนมากดังนั้นจึงค่อนข้างเป็นไปได้ที่พวกมันจะส่งผลกระทบต่อความสว่างของวัตถุที่อยู่ด้านหลังและทำให้รังสีแกมม่าระเบิดสว่างกว่าที่พวกเขาจะเป็น เหตุผลหลักที่เราเห็นการปะทุของรังสีแกมม่าเกิดขึ้นเนื่องจากเรามีกาแลคซีอยู่ที่นั่น เราต้องการกาแลคซีที่นั่นเพื่อดูการระเบิดของรังสีแกมม่า และนั่นคือเอฟเฟกต์การเลือกหากเราไม่มีกาแลคซีเราจะไม่เห็นมันและนำไปสู่ควาซาร์ที่มากเกินไปซึ่งควาซาร์อาจจะสว่างพอโดยไม่มีกาแลคซี และเลนส์ความโน้มถ่วงอย่างที่คุณอาจบอกได้นั้นไม่ใช่สิ่งที่ฉันได้ทำโดยตรง แต่ผู้เชี่ยวชาญในสาขาบอกฉันว่านั่นไม่ใช่คำอธิบายที่น่าจะเป็นหรือคำอธิบายที่ชัดเจนของผลลัพธ์
Fraser: คุณหมดความคิดแล้ว
ดร. Prochaska: ใช่เราเห็นได้ชัดว่ามีสามสิ่งที่ทุกคนเกิดขึ้นและยังมีข้อโต้แย้งที่แข็งแกร่งอยู่ อีกกลุ่มขึ้นมาด้วยความคิดที่ 4 อีกอย่างหนึ่งที่ฉันคิดว่าค่อนข้างฉลาดควาซาร์มีขนาดแตกต่างจากการระเบิดของรังสีแกมม่า เป็นเรื่องเล็กน้อยที่อาจสร้างความแตกต่างได้เล็กน้อย แต่พวกเขาบอกว่านั่นอาจเป็นคำอธิบาย แต่เราและคนอื่น ๆ เกิดข้อโต้แย้งที่รุนแรงมากต่อประตูหมายเลข 4 ณ จุดนี้ ความคิดที่เหมาะสมทั้ง 4 ข้อที่เสนอมานั้นล้มเหลว
เฟรเซอร์: แล้วจะเกิดอะไรขึ้นต่อไป ฉันถือว่าคุณจะหาข้อมูลเพิ่มเติม
ดร. Prochaska: แน่นอนว่าฉันต้องการแยกแยะว่าก๊าซเกี่ยวข้องกับการปะทุรังสีแกมม่าที่ถูกยิงออกมาจากการปะทุรังสีแกมม่า ฉันต้องการพิสูจน์ว่าไม่จริงอย่างแน่นอนและวิธีการทำเช่นนั้นคือการระบุกาแลคซีและดวงดาวที่เกี่ยวข้องกับก๊าซ ดังนั้นผู้คนในทีมของเราและทีมอื่น ๆ จึงกลับไปหากาแลคซีที่ถือแก๊สจริงๆ หากเราไม่พบกาแลคซีฉันคิดว่ามันน่าเชื่อถือมากขึ้นต่อความคิดที่ว่าแก๊สถูกปล่อยออกมาจากการระเบิดของรังสีแกมม่า ดังนั้นจึงมีงานต้องทำในการศึกษากาแลคซีที่เกี่ยวข้อง ในบรรทัดเดียวกันเราสามารถอนุมานว่ามีมวลเท่าใดในกาแลคซีและทดสอบสมมติฐานเลนส์ความโน้มถ่วงที่ดีกว่ารวมถึงเรียนรู้ว่าฝุ่นในกาแลคซีมากแค่ไหนเพื่อทดสอบสมมติฐานของฝุ่น แม้ในขณะที่ฉันกำลังเล่นกับพวกเขาอยู่และฉันคิดว่ามันแน่นอนที่ทำให้เราต้องเรียนรู้มากเกี่ยวกับกาแลคซีที่มีต่อรังสีแกมม่าที่ระเบิดขึ้นเพื่อดูว่ามีอะไรตลก ๆ เกิดขึ้นหรือคุณสมบัติอื่น ๆ ที่สามารถอธิบายผลได้ สิ่งที่ชัดเจนอื่น ๆ ที่ต้องทำและสิ่งนี้จะเกิดขึ้นก็คือรอให้รังสีแกมม่าระเบิดขึ้นมาและทำซ้ำการทดลองบนเส้นสายตามากขึ้น และในปัจจุบันมีกล้องโทรทรรศน์อวกาศนาซ่าสวิฟท์ที่เปิดใช้งานอยู่ซึ่งเราจะได้รับรังสีแกมม่า 10 เท่าที่เราสามารถทำซ้ำการทดลองนี้ได้อีกประมาณ 100 ครั้งและเราก็รู้ว่ามันมีนัยสำคัญทางสถิติอย่างไร
เฟรเซอร์: มีความคิดบางอย่างที่คุณคิดว่าเป็นไปได้หรือไม่
ดร. Prochaska: ฉันแน่ใจว่าจะมีการเขียนบทความตามบรรทัดเหล่านั้น มันจะไม่เป็นตัวเลือกที่ฉันโปรดปรานในขณะนี้ แต่ฉันเป็นนักวิทยาศาสตร์ฉันเป็นคนจริง เราได้นำข้อความว่ามีการค้นพบที่แปลกประหลาดนี้และเรามองอย่างหนักว่าเราทำการศึกษาอย่างไรเราได้ทำแอปเปิ้ลแอปเปิ้ลอย่างดีที่สุดในความสามารถของเราและฉันคิดว่าเราทำงานได้ดี นั่นเป็นขั้นตอนที่ 1 ขั้นตอนที่ 2 ในฐานะผู้สังเกตการณ์ฉันรู้สึกว่าฉันควรจะอธิบายผลได้เมื่อเรามี ดังที่ฉันพูดเราคิดสามแนวคิด แต่น่าเสียดายที่ฉันไม่คิดว่าจะมีสิ่งใดติดอยู่ในขณะนี้ ถ้าฉันสามารถฆ่าความคิดทั้งหมดและถ้าผลที่ออกมาดีขึ้นด้วยการระเบิดของรังสีแกมม่าอีก 50 ครั้ง ณ จุดนั้นคุณจะต้องย้อนกลับไปสู่สมมติฐานเริ่มต้นของคุณ หนึ่งในนั้นคือจักรวาลวิทยาที่เรารู้จัก ฉันกำลังบอกว่าฉันอยู่ใกล้ทุกที่ แต่ให้เวลาสองปีกับฉันและหากสิ่งต่าง ๆ ไม่เปลี่ยนไปจากที่เราเห็นใช่ฉันคิดว่าคุณต้องกลับไปยังขั้นตอนที่ 0 ในสมมติฐานของคุณ จักรวาล.
