Imagine olhar para as casas vermelhas e, às vezes, você vê um corvo voando. O corvo e a casa podem estar separados por quilômetros, então isso deve ser impossível, certo? Bem, de acordo com uma nova pesquisa, se você olhar para um quasar, verá uma galáxia na frente 25% do tempo. Mas para as explosões de raios gama, quase sempre há uma galáxia intermediária. Mesmo que eles pudessem ser separados por bilhões de anos-luz. Resolver aquilo. O Dr. Jason X. Prochaska, da Universidade da Califórnia, Santa Cruz, fala-me dos estranhos resultados que encontraram e do que poderia ser a causa.
Ouça a entrevista: Uma diferença intrigante (7,8 MB)
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Fraser Cain: Ok, para dar às pessoas uma base, qual é a diferença entre uma explosão de raios gama e um quasar? Eu acho que eles são bem diferentes.
Dr. Prochaska: Sim, talvez eu comece com as semelhanças. Ambos são objetos muito interessantes para o estudo da cosmologia, porque são objetos extremamente brilhantes. Outra semelhança é que acreditamos que ambos estão relacionados a buracos negros, mas depois disso, há uma grande diferença entre os dois tipos de objetos. Acredita-se que os quasares sejam buracos negros supermassivos - tão buracos negros, mas extremamente maciços, em alguns casos tão maciços quanto uma galáxia. A acumulação de gás no buraco negro esquenta e a luz que vemos é o quasar. Por serem supermassivos, eles podem acumular muito e muito gás e, como resultado, podem brilhar muito intensamente, o que pode ser visto a grandes distâncias.
Uma explosão de raios gama, pelo menos, na qual este artigo se baseia - existem dois tipos - é o resultado de uma estrela massiva, uma única estrela, mas bastante massiva, da ordem de 10 a 50 vezes a massa do nosso Sol, chega com a morte de uma estrela. No final de sua vida útil natural. Após sua morte, ele cria um buraco negro, e uma fração dessas estrelas, acreditamos, cria explosões de raios gama.
Fraser: E você fez uma pesquisa sobre quasares e explosões de raios gama, e o que encontrou?
Dr. Prochaska: Coloquei um aluno em um projeto com quasares primeiro. Há um banco de dados público chamado Sloan Digital Sky Survey, e ele pesquisou uma grande fração do céu do norte. E eles usaram um espectro de provavelmente perto de um milhão de objetos, principalmente uma pesquisa de galáxias no centro. Além de estudar galáxias, eles também estudaram quasares. Eles fizeram espectroscopia de cerca de 60.000 quasares agora e divulgaram esses dados publicamente para qualquer pessoa no planeta que os deseje. Mais ou menos, vasculhamos o banco de dados, procurando por assinaturas de galáxias que estão entre nós e os quasares. Portanto, se você tem um quasar a uma distância muito grande, como eles tendem a mentir, há uma chance de haver uma galáxia muito grande entre nós e esse quasar. A galáxia se revela pelas linhas de absorção no quasar. Então, ao analisar o espectro do quasar, você vê esses recursos associados ao quasar que são muito distintos, mas pode ver a ausência de luz nesse caso. A impressão digital da própria galáxia que coincide entre nós e o quasar. Esse tipo de ciência é algo que venho fazendo nos últimos 12 anos. Meu aluno examinou esses 50.000 quasares na pesquisa Sloan e contou quantas vezes temos uma galáxia entre nós e o quasar. Esse é o primeiro passo básico e existe muita ciência que pode resultar dessa pesquisa por galáxias.
Fraser: Talvez você não consiga ver visualmente se existe uma galáxia, mas é possível detectá-la.
Dr. Prochaska: Isso mesmo. Nossa Via Láctea está cheia de estrelas, gás e poeira. No que diz respeito aos bárions, os prótons e nêutrons. As três principais fases em que os bárions residem na Via Láctea são as estrelas, que você vê facilmente, gás, que é mais ou menos invisível, mas que emite 21 cm - uma técnica bem conhecida usada para mapear gás em nossa galáxia. radiotelescópios. Mas o gás também pode absorver a luz. Emite em comprimentos de onda de 21 cm, mas também absorve em frequências específicas. Ele absorve a luz de um objeto em segundo plano. E praticamente todas as galáxias têm não apenas estrelas, mas também o gás que essas estrelas estão formando, e é possível detectar a galáxia, a assinatura dessa galáxia, estudando o gás. E essa é a técnica que usamos para os quasares, e é a mesma técnica que usamos para explosões de raios gama.
Fraser: Certo, e o que você encontrou com as explosões de raios gama?
Dr. Prochaska: Na verdade, um ponto importante que deixei de comparar quasares com explosões de raios gama é que eles são muito brilhantes. Como no nome, eles emitem muitos raios gama, mas uma boa fração deles - certamente mais da metade - também emite radiação no ultravioleta, no raio X, na luz ótica e até na luz do rádio, e são muito brilhantes nessas frequências. . E assim podemos vê-los através do Universo nas frequências ultravioleta ou óptica e usá-los para estudar o gás que está entre nós e o raio gama. O que há de diferente nos quasares, pelo menos no momento, é que há muito menos explosões de raios gama que foram descobertas. Requer um satélite espacial para detectar esses fenômenos, uma quantidade razoável de tecnologia que não existia em grande nível até recentemente. Portanto, o número dessas coisas que foram detectadas ainda é grande nos anos 1000, mas apenas de 1 a 200 que podemos estudar em detalhes. É o que estamos fazendo, tendo até um subconjunto desses 100, adquirido o espectro da explosão de raios gama e novamente procurado pela assinatura de galáxias que estão entre nós e a explosão, novamente através do gás. O resultado resumido é que, embora tenhamos uma pequena amostra de explosões de raios gama, uma superabundância significativamente significativa de mais galáxias em relação a explosões de raios gama, então existem quasares.
Fraser: Quantos mais?
Dr. Prochaska: O número agora é 4, que foi bem medido, eu diria que o erro é 1, então 4 mais ou menos 1. O que é significativo é que é um aprimoramento. O aprimoramento pode um dia ser 3 ou talvez 1,5, mas o aprimoramento no quasar é muito sólido.
Fraser: Por alguma razão, existem mais galáxias entre nós e as distantes explosões de raios gama do que entre nós e os quasares. Como isso é possível? Eles estão tão distantes.
Dr. Prochaska: Certo, e o que deve ser enfatizado primeiro é que, a priori, não esperamos que as galáxias que dirigimos aleatoriamente a quasares ou explosões de raios gama tenham algo a ver com essa fonte de luz de fundo. Mais uma vez, encontramos um quasar a uma grande distância de nós, a galáxia também está a uma distância de nós, mas também, ao mesmo tempo, uma distância muito grande do quasar. Tanto é assim que você não esperaria nenhuma associação; sem associação gravitacional, sem eletromagnética, sem associação física entre a galáxia que estamos identificando e o quasar. E o mesmo se aplica ao experimento de explosão de raios gama. As explosões de raios gama estão a uma grande distância de nós, vemos galáxias em direção a ela - estão a uma grande distância de nós, mas também a uma grande distância da explosão de raios gama. E, novamente, não temos expectativas a priori de qualquer relação física entre a galáxia e o raio gama que está por trás dela. Certamente na superfície é impressionante, o teste é bem direto. Nossa reação imediata é, ok, o que está acontecendo?
Existem três preconceitos, ou explicações - na astronomia, nós os chamaríamos de preconceitos de seleção. E as três explicações principais, as explicações óbvias, que poderiam dar esse resultado são as primeiras: poeira. As galáxias, como eu disse, têm matéria em três fases: nas estrelas, gás e poeira. A maioria das galáxias, ou provavelmente todas as galáxias, tem poeira dentro delas. E o principal aspecto da poeira é que ela apaga a fonte de fundo. Então, você coloca um pouco de poeira entre você e o quasar e torna-o mais fraco. Todas essas galáxias têm poeira, e você pode imaginar quasares realmente ausentes, quando você faz essa pesquisa em todo o céu. As galáxias que contêm muito pó obscurecerão o quasar e você nunca o verá. Ele nunca será contado em sua amostra. Mas as explosões de raios gama, que são detectadas com uma abordagem muito diferente, usando raios gama, não seriam tão sensíveis a essa poeira - você ainda detectaria potencialmente a explosão de raios gama e a contaria na sua amostra. Então, você terá uma contagem excessiva de objetos na amostra de raios gama, com uma ausência de quasares devido à poeira. A razão pela qual não achamos que essa é a resposta é que temos uma boa noção da quantidade de poeira das galáxias e não é suficiente remover quasares suficientes da amostra para compensar a diferença por um fator de 4.
Portanto, essa é a explicação número 1. O número 2 seria nossa suposição a priori de que o gás não tem nada a ver com a explosão de raios gama ou o quasar está errado. Eu disse que esse gás está a uma grande distância de nós, do quasar e da explosão de raios gama. Provavelmente, o problema mais difícil da astronomia é medir a distância. Não estou realmente medindo a distância do gás, estou medindo o desvio para o vermelho, e isso me dá uma estimativa da distância, sob a suposição de que o desvio para o vermelho seja devido à expansão do Universo. O desvio para o vermelho é apenas uma velocidade. Estou medindo a velocidade do gás, medindo a velocidade da explosão de raios gama. Eu sei que os dois são diferentes, que eu sei com fato científico absoluto. Estou assumindo que a diferença nas velocidades se deve à expansão do Universo e, portanto, à distância entre os objetos. Mas é possível que as rajadas de raios gama tenham realmente cuspido esse gás durante a explosão, digamos, em velocidades muito altas, de modo que tenham uma velocidade diferente da do próprio raio gama, e essa é a razão da diferença no desvio para o vermelho, e portanto, fazendo-me dizer que eles têm distâncias diferentes. Então, em poucas palavras, a explicação para o número 2 é que as explosões de raios gama estão ejetando gás em velocidades muito altas e estamos medindo esse gás e chamando-o de galáxia, quando na verdade é apenas gás sendo ejetado das explosões de raios gama . Essa ainda é uma opção viável no momento. O contra-argumento é sólido e, em muitos casos, identificamos não apenas o gás, mas também estrelas da galáxia que deve hospedar esse gás. Portanto, não apenas o gás teria que ser ejetado, mas uma galáxia teria que ser ejetada pela explosão de raios gama, e isso começa a aumentar a imaginação.
Isso leva à porta número 3, que é a lente gravitacional. As galáxias, qualquer coisa com massa, têm um efeito ao tornar os objetos atrás deles visualmente mais brilhantes do que realmente são. Achamos que temos galáxias aqui, sabemos que temos uma concentração de massa, por isso é bem possível que eles estejam impactando o brilho do objeto por trás deles e tornando as explosões de raios gama muito mais brilhantes do que seriam. A principal razão pela qual estamos vendo as explosões de raios gama é porque temos uma galáxia lá. Precisamos da galáxia lá para ver o raio gama estourar. E esse é um efeito de seleção onde, se não tivéssemos uma galáxia, não a veríamos, e isso leva a uma superabundância de quasares, onde os quasares talvez sejam brilhantes o suficiente sem as galáxias. E a lente gravitacional, como você provavelmente pode dizer, não é algo em que trabalhei diretamente, mas os especialistas da área me dizem que essa não é uma explicação provável ou a explicação dominante do resultado.
Fraser: Então você está ficando sem ideias.
Dr. Prochaska: Sim, certamente analisamos os três mais óbvios, os que qualquer um apresentaria, e ainda temos contra-argumentos bastante fortes. Outro grupo apresentou outra quarta idéia, que eu acho bastante inteligente, de que os quasares têm um tamanho de diferença que as explosões de raios gama. É um pouco sutil a forma como isso pode fazer uma grande diferença, mas eles disseram que talvez essa seja a explicação; no entanto, nós e outros criamos contra-argumentos muito fortes contra a porta número 4 neste momento. As 4 idéias decentes propostas foram falhas para eles.
Fraser: Então, o que vem depois? Presumo que você procure mais dados.
Dr. Prochaska: Certamente, quero descartar que o gás está associado às explosões de raios gama, que está sendo disparado pelas explosões de raios gama. Eu realmente gostaria de provar que isso certamente não é verdade, e a maneira de fazer isso é identificar a galáxia e as estrelas reais associadas ao gás. Então, as pessoas da nossa equipe e de outras equipes estão voltando e procurando a galáxia que está realmente segurando o gás. Se não encontrarmos galáxias, acho que isso daria mais credibilidade à ideia de que o gás foi ejetado pela explosão de raios gama. Portanto, certamente há trabalho a ser feito no estudo das galáxias associadas. Nas mesmas linhas, podemos inferir quanta massa existe nas galáxias e testar melhor a hipótese das lentes gravitacionais, bem como aprender quanta poeira há nas galáxias para testar a hipótese da poeira. Mesmo enquanto eu estou jogando, e acho que certamente convém aprender o máximo sobre as galáxias em direção às explosões de raios gama para ver se há algo engraçado acontecendo ou outras propriedades que possam explicar o resultado. A outra coisa óbvia a ser feita, e isso será feito, é apenas aguardar mais explosões de raios gama e repetir esse experimento em mais linhas de visão. E, atualmente, existe este telescópio espacial Swift da NASA em operação, onde obteremos 10s, talvez até 100s mais explosões de raios gama, nas quais podemos repetir esse experimento, e descobrir profundamente como é estatisticamente significativo.
Fraser: Existe algum tipo de idéia que você acha que é possível?
Dr. Prochaska: Tenho certeza de que haverá trabalhos escritos nesse sentido. Não será minha opção favorita no momento. Mas sou cientista, sou realista. Trouxemos a mensagem de que há essa descoberta peculiar e analisamos muito bem como fizemos o estudo, fizemos maçãs com maçãs da melhor maneira possível e acho que fizemos um bom trabalho nisso. Esse é o tipo de etapa 1. Na etapa 2, como observador, sinto que devo ser capaz de explicar o resultado assim que o tivermos. Como eu disse, criamos as três idéias e, infelizmente, acho que nenhuma delas ficou presa no momento. Se eu puder matar todas as idéias, e se o resultado se mantiver bem com as próximas 50 explosões de raios gama, nesse ponto, você precisará voltar às suas suposições iniciais; um deles é a cosmologia como a conhecemos. Estou dizendo que estou perto disso, mas me dê dois anos e se as coisas não mudarem do que vemos, sim, acho que você precisa voltar todo para o passo 0 da sua linha de suposições sobre o universo.
