Hãy tưởng tượng nhìn vào những ngôi nhà màu đỏ, và đôi khi bạn thấy một con quạ bay qua. Con quạ và ngôi nhà có thể cách xa nhau, vì vậy điều này là không thể, phải không? Chà, theo một khảo sát mới nếu bạn nhìn vào một quasar, bạn sẽ thấy một thiên hà ở phía trước 25% thời gian. Nhưng đối với các vụ nổ tia gamma, ở đó, hầu như luôn luôn có một thiên hà can thiệp. Mặc dù chúng có thể cách nhau hàng tỷ năm ánh sáng. Hình dung điều đó. Tiến sĩ Jason X. Prochaska, từ Đại học California, Santa Cruz nói với tôi về những kết quả kỳ lạ mà họ đã tìm thấy, và điều gì có thể là nguyên nhân.
Nghe cuộc phỏng vấn: Sự khác biệt khó hiểu (7,8 MB)
Hoặc đăng ký Podcast: iverseetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Được rồi, để cung cấp cho mọi người một số thông tin cơ bản, sự khác biệt giữa vụ nổ tia gamma và chuẩn tinh là gì? Tôi đoán họ rất khác nhau.
Tiến sĩ Prochaska: Vâng, có lẽ tôi sẽ bắt đầu với những điểm tương đồng. Họ là những đối tượng rất thú vị cho nghiên cứu vũ trụ học vì họ là những vật thể cực kỳ sáng. Một điểm tương đồng khác là chúng tôi tin rằng cả hai đều liên quan đến các lỗ đen, nhưng sau đó, có một sự khác biệt lớn giữa hai loại đối tượng. Các quasar được cho là các hố đen siêu lớn - vì vậy các lỗ đen, nhưng cực kỳ lớn, trong một số trường hợp lớn như một thiên hà. Khí tích tụ vào lỗ đen nóng lên và ánh sáng mà chúng ta nhìn thấy là chuẩn tinh. Bởi vì họ rất lớn, họ có thể tích tụ rất nhiều khí, và kết quả là, có thể tỏa sáng rất mạnh có thể nhìn thấy từ khoảng cách rất lớn.
Một vụ nổ tia gamma, ít nhất, mà bài báo này dựa trên - có hai loại - là kết quả của một ngôi sao lớn, một ngôi sao duy nhất, nhưng khá lớn, lớn gấp 10-50 lần Mặt trời của chúng ta, đến với cái chết của một ngôi sao. Vào cuối tuổi thọ tự nhiên của nó. Sau khi chết, nó tạo ra một lỗ đen và một phần của những ngôi sao này, chúng tôi tin rằng sẽ tạo ra vụ nổ tia gamma.
Fraser: Và bạn đã làm một cuộc khảo sát về các quasar và tia gamma, và bạn đã tìm thấy gì?
Tiến sĩ Prochaska: Tôi đặt một sinh viên vào một dự án với các chuẩn tinh trước tiên. Có một cơ sở dữ liệu công cộng gọi là Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan và nó đã khảo sát một phần lớn bầu trời phía bắc. Và họ đã lấy một quang phổ có lẽ gần một triệu vật thể, chủ yếu là khảo sát thiên hà ở trung tâm của nó. Ngoài việc nghiên cứu các thiên hà, họ còn nghiên cứu các chuẩn tinh. Hiện tại, họ đã thực hiện quang phổ khoảng 60.000 quasar và họ đã công bố dữ liệu đó cho bất kỳ ai trên hành tinh muốn có nó. Ít nhiều, chúng tôi đã lướt qua cơ sở dữ liệu đó, tìm kiếm chữ ký của các thiên hà nằm giữa chúng ta và các quasar. Vì vậy, nếu bạn có một quasar ở một khoảng cách rất lớn, vì chúng có xu hướng nói dối, có một cơ hội rằng có một thiên hà khá lớn giữa chúng ta và chuẩn tinh đó. Thiên hà tiết lộ chính nó bởi các đường hấp thụ trên chuẩn tinh. Vì vậy, bạn phân tích quang phổ của quasar, bạn thấy các tính năng này liên quan đến chuẩn tinh rất đặc biệt, nhưng bạn có thể thấy sự vắng mặt của ánh sáng trong trường hợp này. Dấu vân tay của thiên hà trùng hợp nằm giữa chúng ta và chuẩn tinh. Loại khoa học đó là thứ mà tôi đã làm trong 12 năm qua. Tôi đã cho học sinh của mình xem qua 50.000 quasar trong khảo sát Sloan và tính xem chúng ta có thường xuyên có một thiên hà nằm giữa chúng ta và chuẩn tinh hay không. Đó là bước đầu tiên, và đó là rất nhiều khoa học có thể ra đời từ việc tìm kiếm những thiên hà này.
Fraser: Vì vậy, bạn có thể không thể nhìn thấy bằng mắt nếu có một thiên hà ở đó, nhưng bạn có thể phát hiện ra nó.
Tiến sĩ Prochaska: Đúng vậy. Dải Ngân hà của chúng ta đầy sao và khí và bụi. Theo như các baryon, các proton và neutron. Ba giai đoạn chính mà các baryon cư trú trong Dải Ngân hà là các ngôi sao, mà bạn thấy khá dễ dàng, khí, ít nhiều vô hình, nhưng phát ra ở 21 cm - một kỹ thuật nổi tiếng được sử dụng để vạch ra khí trong thiên hà của chúng ta kính thiên văn vô tuyến. Nhưng khí cũng có thể hấp thụ ánh sáng. Nó phát ra ở bước sóng 21 cm, nhưng nó cũng hấp thụ ở các tần số cụ thể. Nó hấp thụ ánh sáng từ một đối tượng nền. Và gần như tất cả các thiên hà không chỉ có các ngôi sao mà cả khí mà các ngôi sao đó đang hình thành và người ta có thể phát hiện ra thiên hà, chữ ký của thiên hà đó bằng cách nghiên cứu khí. Và đó là kỹ thuật mà chúng tôi sử dụng cho các quasar, và nó cũng giống như kỹ thuật mà chúng tôi sử dụng cho các vụ nổ tia gamma.
Fraser: Phải, và bạn đã tìm thấy gì với vụ nổ tia gamma?
Tiến sĩ Prochaska: Thật ra, một điểm quan trọng mà tôi đã bỏ qua khi so sánh các quasar với các vụ nổ tia gamma là chúng rất sáng. Như tên của chúng, chúng phát ra rất nhiều tia gamma, nhưng một phần nhỏ trong số chúng - chắc chắn là hơn một nửa - cũng phát ra bức xạ trong tia cực tím, tia X, ánh sáng quang học, thậm chí là ánh sáng vô tuyến và rất sáng ở các tần số đó . Và vì vậy chúng ta có thể nhìn thấy chúng trên khắp Vũ trụ ở các tần số cực tím hoặc quang học, và sử dụng chúng để nghiên cứu khí nằm giữa chúng ta và vụ nổ tia gamma. Điều mà khác biệt ở các quasar, ít nhất là tại thời điểm này, đó là có rất ít vụ nổ tia gamma đã được phát hiện. Nó đòi hỏi một vệ tinh không gian để phát hiện những hiện tượng này, một lượng công nghệ khá lớn đã tồn tại ở một mức độ lớn cho đến gần đây. Vì vậy, số lượng những thứ đã được phát hiện vẫn còn trong những năm 1000, nhưng chỉ 1-200 mà chúng ta có thể nghiên cứu rất chi tiết. Đó là những gì chúng tôi đã làm, thậm chí chỉ là một tập hợp con trong số 100 hoặc hơn, thu được quang phổ của vụ nổ tia gamma, và một lần nữa tìm kiếm dấu hiệu của các thiên hà nằm giữa chúng ta và vụ nổ, một lần nữa qua khí. Kết quả ngắn gọn là trong khi chúng ta có một mẫu vụ nổ tia gamma nhỏ, thì sự dư thừa đáng kể của nhiều thiên hà đối với vụ nổ tia gamma sau đó có các quasar.
Fraser: Bao nhiêu nữa?
Tiến sĩ Prochaska: Con số hiện tại là 4, mà đo được tốt, I hèd nói rằng lỗi là 1, vì vậy 4 cộng hoặc trừ 1. Điều quan trọng là nó có một sự tăng cường. Sự tăng cường một ngày nào đó có thể là 3 hoặc có thể là 1,5, nhưng sự tăng cường trên chuẩn tinh là rất âm thanh.
Fraser: Vì một số lý do, có nhiều thiên hà ở giữa chúng ta và các vụ nổ tia gamma ở xa hơn là giữa chúng ta và các quasar. Làm thế nào mà có thể? Họ cách xa nhau.
Tiến sĩ Prochaska: Phải, và điều mà điều cần nhấn mạnh đầu tiên là ở tiên nghiệm, chúng ta không có hy vọng rằng các thiên hà mà chúng ta ngẫu nhiên hướng tới các quasar hoặc vụ nổ tia gamma có liên quan gì đến nguồn sáng nền đó. Một lần nữa, chúng ta lại tìm thấy một quasar ở khoảng cách rất xa với chúng ta, dải ngân hà cũng ở cách chúng ta rất xa, nhưng đồng thời, cũng là một khoảng cách rất lớn so với chuẩn tinh. Nhiều đến mức bạn sẽ không mong đợi bất kỳ hiệp hội nào; không liên kết hấp dẫn, không liên kết điện từ, không liên kết vật lý giữa thiên hà mà chúng ta xác định và chuẩn tinh. Và điều tương tự cũng đúng với thí nghiệm nổ tia gamma. Các vụ nổ tia gamma ở rất xa chúng ta, chúng ta thấy các thiên hà đối với nó - chúng ở khoảng cách rất xa với chúng ta, nhưng cũng ở khoảng cách rất xa với vụ nổ tia gamma. Và một lần nữa, chúng ta không có kỳ vọng tiên nghiệm về bất kỳ mối quan hệ vật lý nào giữa thiên hà đó và vụ nổ tia gamma nằm đằng sau nó. Chắc chắn trên bề mặt nó khá đẹp, thử nghiệm khá đơn giản. Phản ứng ngay lập tức của chúng tôi là, được rồi, chuyện gì đang xảy ra?
Có ba thành kiến, hoặc giải thích - trong thiên văn học, chúng tôi gọi chúng là thiên kiến lựa chọn. Và ba giải thích chính, giải thích rõ ràng, có thể cung cấp cho bạn kết quả này là đầu tiên: bụi. Các thiên hà, như tôi đã nói, có vấn đề trong ba giai đoạn: trong các ngôi sao, khí và bụi. Hầu hết các thiên hà, hoặc có lẽ tất cả các thiên hà đều có bụi bên trong chúng. Và khía cạnh quan trọng của bụi là nó dập tắt nguồn nền. Vì vậy, bạn rắc một ít bụi giữa bạn và quasar, và bạn sẽ làm cho nó mờ hơn. Những thiên hà này đều có bụi trong đó và bạn có thể tưởng tượng các quasar thực sự bị thiếu, khi bạn thực hiện khảo sát này trên toàn bộ bầu trời. Các thiên hà có nhiều bụi trong đó sẽ che khuất chuẩn tinh và bạn sẽ không bao giờ nhìn vào nó. Nó không bao giờ được tính vào mẫu của bạn. Nhưng các vụ nổ tia gamma, được phát hiện với một cách tiếp cận rất khác, sử dụng tia gamma, sẽ không nhạy cảm với bụi này - bạn vẫn có khả năng phát hiện vụ nổ tia gamma và đếm nó trong mẫu của bạn. Vì vậy, bạn đã kết thúc với việc vượt qua các vật thể trong mẫu tia gamma, mà không có các quasar do bụi. Lý do tại sao chúng tôi không nghĩ rằng câu trả lời của bạn là vì chúng tôi có ý thức tốt về việc các thiên hà có bao nhiêu bụi và nó không đủ để loại bỏ đủ các quasar khỏi mẫu để bù cho sự khác biệt theo hệ số 4.
Vì vậy, lời giải thích của Số 1. Số 2 sẽ là giả định tiên nghiệm của chúng tôi, rằng khí không liên quan gì đến vụ nổ tia gamma hoặc chuẩn tinh là sai. Tôi đã nói rằng khí này ở rất xa chúng ta, và từ quasar và từ vụ nổ tia gamma. Có lẽ vấn đề khó khăn nhất trong thiên văn học thực sự là đo khoảng cách. Tôi không thực sự đo được khoảng cách của khí, I Đom đo độ dịch chuyển của khí và điều đó cho tôi ước tính khoảng cách, theo giả định rằng dịch chuyển đỏ là do sự giãn nở của Vũ trụ. Thực sự dịch chuyển đỏ chỉ là một vận tốc. Vì vậy, tôi đo tốc độ của khí, tôi đo tốc độ của vụ nổ tia gamma. Tôi biết hai người là khác nhau, mà tôi biết với thực tế khoa học tuyệt đối. Tôi giả định rằng sự khác biệt về vận tốc là do sự giãn nở của Vũ trụ và do đó khoảng cách giữa các vật thể. Nhưng có thể các vụ nổ tia gamma đã thực sự phun ra khí này trong vụ nổ, với vận tốc rất cao để nó có vận tốc khác với vụ nổ tia gamma, và đó là lý do cho sự khác biệt trong dịch chuyển đỏ và do đó khiến tôi nói rằng họ có khoảng cách khác nhau. Vì vậy, một cách ngắn gọn, lời giải thích cho số 2 là các vụ nổ tia gamma đang phóng ra khí với vận tốc rất cao và chúng ta đang đo khí đó và gọi nó là thiên hà, trong khi thực tế, nó chỉ là khí được đẩy ra từ vụ nổ tia gamma . Đó vẫn là một lựa chọn khả thi vào lúc này. Đối trọng với nó, và một điều chắc chắn là trong nhiều trường hợp, chúng tôi đã xác định không chỉ khí, mà cả các ngôi sao từ thiên hà phải lưu trữ khí đó. Vì vậy, không chỉ khí sẽ phải bị đẩy ra, mà một thiên hà sẽ phải bị đẩy ra bởi vụ nổ tia gamma, và điều đó bắt đầu kéo dài trí tưởng tượng.
Vì vậy, dẫn đến cửa số 3, đó là thấu kính hấp dẫn. Các thiên hà, bất cứ thứ gì có khối lượng, đều có ảnh hưởng bằng cách làm cho các vật thể phía sau chúng sáng hơn so với thực tế. Chúng tôi nghĩ rằng chúng ta có các thiên hà ở đây, chúng ta biết rằng chúng ta có sự tập trung khối lượng, do đó, rất có thể chúng đang tác động đến độ sáng của vật thể phía sau chúng và làm cho tia gamma phát sáng mạnh hơn nhiều so với những gì chúng có thể. Lý do chính khiến chúng tôi thấy các vụ nổ tia gamma là vì chúng ta có một thiên hà ở đó. Chúng ta cần thiên hà ở đó để thấy vụ nổ tia gamma. Và đó là một hiệu ứng lựa chọn trong đó nếu chúng ta có một thiên hà, chúng ta sẽ thấy nó và điều đó dẫn đến sự dư thừa của các quasar, trong đó các quasar có thể đủ sáng nếu không có các thiên hà. Và thấu kính hấp dẫn, như bạn có thể nói, đó là một thứ gì đó mà tôi đã làm việc trực tiếp, nhưng các chuyên gia trong lĩnh vực này nói với tôi rằng, đó không phải là một lời giải thích có khả năng, hay lời giải thích chi phối về kết quả.
Fraser: Vì vậy, bạn loại ra hết ý tưởng.
Tiến sĩ Prochaska: Vâng, chúng tôi chắc chắn đã chạy qua ba cái rõ ràng, những cái mà bất cứ ai sẽ nghĩ ra, và có những lập luận chống lại khá mạnh mẽ với những người đó. Một nhóm khác đã đưa ra một ý tưởng thứ 4 khác, mà tôi nghĩ là khá thông minh, đó là các quasar có kích thước khác biệt so với các vụ nổ tia gamma. Nó có một chút tinh tế để làm thế nào có thể tạo ra sự khác biệt lớn, nhưng họ nói, có lẽ đó là lời giải thích, nhưng chúng tôi và những người khác đã đưa ra những lập luận chống lại thực sự mạnh mẽ chống lại cửa số 4 vào thời điểm này. 4 ý tưởng hay đã được đề xuất có những thất bại đối với họ.
Fraser: Vậy những gì tiếp theo sau đó? Tôi giả sử bạn sẽ tìm kiếm thêm dữ liệu.
Tiến sĩ Prochaska: Chắc chắn tôi muốn loại trừ rằng khí có liên quan đến vụ nổ tia gamma, rằng nó bị bắn ra khỏi vụ nổ tia gamma. Tôi thực sự muốn chứng minh rằng một điều chắc chắn là không đúng và cách để làm điều đó là xác định thiên hà và các ngôi sao thực sự có liên quan đến khí. Vì vậy, mọi người trong đội của chúng tôi và các đội khác đang quay lại và tìm kiếm thiên hà mà Lọ thực sự đang giữ khí. Nếu chúng tôi không tìm thấy các thiên hà, tôi nghĩ rằng điều đó sẽ tin tưởng hơn vào ý tưởng rằng khí được đẩy ra bởi vụ nổ tia gamma. Vì vậy, có chắc chắn làm việc trong việc nghiên cứu các thiên hà liên quan. Trong cùng một dòng, chúng ta có thể suy ra khối lượng của các thiên hà là bao nhiêu và kiểm tra tốt hơn giả thuyết thấu kính hấp dẫn, cũng như tìm hiểu xem có bao nhiêu bụi trong các thiên hà để kiểm tra giả thuyết bụi. Ngay cả khi tôi xuống chơi chúng, và tôi nghĩ rằng nó chắc chắn sẽ khiến chúng ta phải tìm hiểu nhiều về các thiên hà đối với vụ nổ tia gamma để xem liệu có gì đó hài hước xảy ra hay bất kỳ tính chất nào khác có thể giải thích kết quả. Một điều hiển nhiên khác phải làm, và điều này sẽ được thực hiện, chỉ là chờ đợi thêm các vụ nổ tia gamma xuất hiện và lặp lại thí nghiệm đó trên nhiều đường ngắm hơn. Và hiện tại có kính viễn vọng không gian NASA Swift này đang hoạt động, nơi chúng ta sẽ nhận được 10 vụ nổ tia gamma thậm chí 100 giây mà chúng ta có thể lặp lại thí nghiệm này, và rất rõ ràng về ý nghĩa thống kê của nó.
Fraser: Có một số loại ý tưởng mà hoàn toàn ngoài kia mà bạn nghĩ có thể có thể?
Tiến sĩ Prochaska: Tôi chắc chắn sẽ có những bài báo được viết dọc theo những dòng đó. Nó không phải là lựa chọn yêu thích của tôi lúc này. Nhưng, tôi là một nhà khoa học, tôi là một nhà hiện thực. Chúng tôi đã đưa ra thông điệp rằng có một phát hiện kỳ lạ này, và chúng tôi đã xem xét rất kỹ về cách chúng tôi nghiên cứu, chúng tôi đã làm táo với khả năng tốt nhất của mình và tôi nghĩ chúng tôi đã làm rất tốt điều đó. Đó là loại bước 1. Bước 2, với tư cách là người quan sát, tôi cảm thấy mình có thể giải thích kết quả một khi chúng ta có nó. Như tôi đã nói, chúng tôi đã đưa ra ba ý tưởng, và thật không may, tôi không nghĩ rằng bất kỳ ai trong số đó đã bị mắc kẹt tại thời điểm này. Nếu tôi có thể tiêu diệt tất cả các ý tưởng, và nếu kết quả giữ vững với 50 vụ nổ tia gamma tiếp theo, tại thời điểm đó, bạn phải quay lại các giả định ban đầu của mình; một trong số đó là vũ trụ học như chúng ta biết Tôi đang nói rằng tôi đang ở gần đó, nhưng hãy cho tôi hai năm và nếu mọi thứ không thay đổi so với những gì chúng ta thấy, vâng, tôi nghĩ bạn phải quay lại bước 0 trong dòng giả định của mình về vũ trụ.
