Bayangkan melihat rumah-rumah merah, dan kadang-kadang Anda melihat seekor burung gagak terbang melewati. Gagak dan rumah bisa terpisah bermil-mil, jadi ini pasti mustahil, bukan? Nah, menurut survei baru jika Anda melihat quasar, Anda akan melihat galaksi di depan 25% dari waktu. Tetapi untuk semburan sinar gamma, hampir selalu ada galaksi yang mengintervensi. Meskipun mereka dapat dipisahkan oleh miliaran tahun cahaya. Cari tahu itu. Jason X. Prochaska, dari University of California, Santa Cruz berbicara kepada saya tentang hasil aneh yang mereka temukan, dan apa penyebabnya.
Dengarkan wawancara: Perbedaan yang membingungkan (7,8 MB)
Atau berlangganan ke Podcast: universetoday.com/audio.xml
Kain Fraser: Oke, untuk memberi orang beberapa latar belakang, apa perbedaan antara semburan sinar gamma dan quasar? Saya kira mereka sangat berbeda.
Prochaska: Ya, mungkin saya akan mulai dengan kesamaan. Keduanya adalah objek yang sangat menarik untuk studi kosmologi karena keduanya adalah objek yang sangat terang. Kesamaan lain adalah bahwa kami percaya keduanya terkait dengan lubang hitam, tetapi setelah itu, ada perbedaan besar antara kedua jenis objek. Quasar diyakini sebagai lubang hitam supermasif - lubang yang sangat hitam, tetapi sangat masif, dalam beberapa kasus sama besarnya dengan galaksi. Mengumpulkan gas ke lubang hitam memanas dan cahaya yang kita lihat adalah quasar. Karena mereka supermasif, mereka dapat menghasilkan banyak dan banyak gas, dan sebagai hasilnya, dapat bersinar sangat terang yang dapat dilihat dari jarak yang sangat jauh.
Sebuah ledakan sinar gamma, setidaknya, yang menjadi dasar tulisan ini - ada dua jenis - adalah hasil dari bintang masif, satu bintang, tetapi cukup masif, dengan urutan 10-50 kali lebih besar dari Matahari kita, tiba dengan kematian bintang. Pada akhir umur alami. Setelah kematiannya, ia menciptakan lubang hitam, dan sebagian kecil dari bintang-bintang ini, kami percaya menciptakan semburan sinar gamma.
Fraser: Dan Anda melakukan survei tentang quasar dan semburan sinar gamma, dan apa yang Anda temukan?
Prochaska: Saya menempatkan siswa pada proyek dengan quasar terlebih dahulu. Ada database publik yang disebut Sloan Digital Sky Survey, dan ia mensurvei sebagian besar dari langit utara. Dan mereka telah mengambil spektrum yang mungkin dekat dengan sejuta objek, terutama survei galaksi di jantungnya. Selain mempelajari galaksi, mereka juga mempelajari quasar. Mereka telah mengambil spektroskopi sekitar 60.000 quasar sekarang, dan mereka telah merilis data itu kepada siapa pun di planet ini yang menginginkannya. Kurang lebih, kami menelusuri melalui database itu, mencari tanda tangan galaksi yang terletak di antara kami dan quasar. Jadi, jika Anda memiliki quasar pada jarak yang sangat jauh, karena mereka cenderung berbohong, ada kemungkinan ada galaksi yang cukup besar antara kami dan quasar itu. Galaksi itu menampakkan dirinya oleh garis serapan di quasar. Jadi Anda menganalisis spektrum quasar, Anda melihat fitur-fitur ini terkait dengan quasar yang sangat khas, tetapi Anda mungkin melihat tidak adanya cahaya dalam kasus ini. Sidik jari galaksi itu sendiri yang secara kebetulan terletak di antara kita dan quasar. Ilmu pengetahuan semacam itu adalah sesuatu yang telah saya lakukan selama 12 tahun terakhir sekarang. Saya meminta murid saya memeriksa 50.000 quasar ini dalam survei Sloan, dan menghitung seberapa sering kita memiliki galaksi yang terletak di antara kita dan quasar. Itulah langkah pertama yang harus dilakukan, dan ada banyak ilmu yang bisa keluar dari pencarian galaksi-galaksi ini.
Fraser: Jadi Anda mungkin tidak dapat melihat secara visual jika ada galaksi di sana, tetapi Anda dapat mendeteksinya.
Prochaska: Benar. Bimasakti kita sendiri penuh bintang, gas, dan debu. Sejauh menyangkut baryon, proton dan neutron. Tiga fase utama dimana baryon tinggal di Bima Sakti adalah bintang-bintang, yang Anda lihat dengan mudah, gas, yang lebih atau kurang terlihat, tetapi memancarkan pada 21 cm - teknik terkenal yang digunakan untuk memetakan gas di galaksi kita dengan teleskop radio. Tapi gas juga bisa menyerap cahaya. Itu memancarkan pada panjang gelombang 21 cm, tetapi juga menyerap pada frekuensi tertentu. Ini akan menyerap cahaya dari objek latar belakang. Dan hampir semua galaksi tidak hanya memiliki bintang tetapi juga gas yang terbentuk oleh bintang-bintang itu, dan seseorang dapat mendeteksi galaksi, tanda tangan galaksi itu dengan mempelajari gas tersebut. Dan itulah teknik yang kami gunakan untuk quasar, dan itu adalah teknik yang sama yang kami gunakan untuk semburan sinar gamma.
Fraser: Benar, dan apa yang Anda temukan dengan semburan sinar gamma?
Prochaska: Sebenarnya, satu hal penting yang saya tinggalkan dalam membandingkan quasar dengan semburan gamma adalah bahwa mereka sangat cerah. Seperti namanya, mereka memancarkan banyak sinar gamma, tetapi sebagian kecil dari mereka - tentu saja lebih dari setengah - juga memancarkan radiasi pada ultraviolet, sinar-X, cahaya optik, bahkan cahaya radio, dan sangat cerah dalam frekuensi tersebut . Jadi kita dapat melihatnya di seluruh Semesta dalam frekuensi ultraviolet atau optik, dan menggunakannya untuk mempelajari gas yang ada di antara kita dan semburan sinar gamma. Apa yang berbeda dalam quasar, setidaknya untuk saat ini, adalah bahwa ada lebih sedikit semburan sinar gamma yang telah ditemukan. Dibutuhkan satelit ruang angkasa untuk mendeteksi fenomena ini, sejumlah besar teknologi yang belum ada di tingkat yang besar hingga saat ini. Jadi jumlah hal-hal ini yang telah terdeteksi masih angka dalam 1000-an, tetapi hanya 1-200 yang dapat kita pelajari dengan sangat rinci. Itulah yang telah kami lakukan, mengambil bahkan sebagian dari 100 atau lebih itu, memperoleh spektrum semburan sinar gamma, dan kembali mencari tanda-tanda galaksi yang terletak di antara kami dan semburan, lagi-lagi melalui gas. Hasil singkatnya adalah bahwa meskipun kita memiliki sampel kecil semburan sinar gamma, kelebihan jumlah galaksi yang lebih signifikan terhadap semburan sinar gamma kemudian ada ke arah quasar.
Fraser: Berapa banyak lagi?
Prochaska: Jumlahnya sekarang adalah 4, itu sudah diukur dengan baik, saya katakan kesalahannya adalah 1, jadi 4 plus atau minus 1. Yang penting adalah itu peningkatan. Peningkatan tersebut suatu hari nanti bisa menjadi 3 atau mungkin 1,5, tetapi peningkatan atas quasar sangat bagus.
Fraser: Untuk beberapa alasan ada lebih banyak galaksi di antara kita dan semburan gamma jauh daripada di antara kita dan quasar. Bagaimana itu mungkin? Mereka begitu jauh.
Prochaska: Benar, dan itu yang pertama-tama ditekankan adalah bahwa dalam apriori, kita tidak memiliki harapan bahwa galaksi yang kita acakkan ke quasar atau semburan sinar gamma ada hubungannya dengan sumber cahaya latar belakang itu. Sekali lagi, kami menemukan quasar pada jarak yang sangat jauh dari kami, galaksi juga berjarak dari kami, tetapi juga, pada saat yang sama, jarak yang sangat jauh dari quasar. Sedemikian rupa sehingga Anda tidak akan mengharapkan hubungan apa pun; tidak ada hubungan gravitasi, tidak ada elektromagnetik, tidak ada hubungan fisik antara galaksi yang kami identifikasi dan quasar. Dan hal yang sama berlaku untuk percobaan semburan sinar gamma. Semburan sinar gamma berada sangat jauh dari kita, kita melihat galaksi mengarah ke sana - mereka berada sangat jauh dari kita, tetapi juga sangat jauh dari semburan sinar gamma. Dan lagi, kita tidak memiliki harapan apriori dari hubungan fisik antara galaksi itu dan ledakan sinar gamma yang ada di belakangnya. Tentu saja pada permukaannya cukup menakjubkan, tes ini cukup mudah. Reaksi langsung kami adalah, oke, apa yang terjadi?
Ada tiga bias, atau penjelasan - dalam astronomi kami menyebutnya bias seleksi. Dan tiga penjelasan utama, penjelasan yang jelas, yang dapat memberi Anda hasil ini adalah pertama: debu. Galaksi, seperti yang saya katakan, memiliki materi dalam tiga fase: bintang, gas, dan debu. Kebanyakan galaksi, atau mungkin semua galaksi memiliki debu di dalamnya. Dan aspek utama dari debu adalah memadamkan sumber latar belakang. Jadi Anda menaburkan debu di antara Anda dan quasar, dan Anda akan membuatnya lebih redup. Galaksi-galaksi ini semuanya memiliki debu di dalamnya, dan Anda dapat membayangkan benar-benar kehilangan quasar, ketika Anda melakukan survei ini di seluruh langit. Galaksi yang memiliki banyak debu akan mengaburkan quasar, dan Anda tidak akan pernah melihatnya. Itu tidak akan pernah dihitung ke dalam sampel Anda. Tetapi semburan sinar gamma, yang dideteksi dengan pendekatan yang sangat berbeda, menggunakan sinar gamma, tidak akan sensitif terhadap debu ini - Anda masih berpotensi mendeteksi semburan sinar gamma dan menghitungnya dalam sampel Anda. Jadi, Anda akan berakhir dengan penghitungan objek yang berlebihan dalam sampel gamma ray, dengan tidak adanya quasar karena debu. Alasan mengapa kami tidak berpikir bahwa jawabannya adalah karena kami memiliki kepekaan yang baik tentang seberapa banyak debu adalah galaksi, dan itu tidak cukup untuk menghilangkan cukup quasar dari sampel untuk menebus perbedaan dengan faktor 4.
Jadi itulah penjelasan nomor 1. Nomor 2 akan menjadi asumsi a priori kami, bahwa gas itu tidak ada hubungannya dengan ledakan sinar gamma atau quasar salah. Saya sudah mengatakan bahwa gas ini berada sangat jauh dari kami, dan dari quasar dan dari semburan sinar gamma. Mungkin masalah yang paling sulit dalam astronomi adalah mengukur jarak. Saya tidak benar-benar mengukur jarak gas, saya mengukur pergeseran merah gas, dan itu memberi saya perkiraan jarak, dengan asumsi bahwa pergeseran merah adalah karena perluasan Semesta. Pergeseran merah benar-benar hanya kecepatan. Jadi saya mengukur kecepatan gas, saya mengukur kecepatan ledakan sinar gamma. Saya tahu keduanya berbeda, yang saya tahu dengan fakta ilmiah absolut. Saya berasumsi bahwa perbedaan dalam kecepatan disebabkan oleh ekspansi Semesta dan karenanya jarak antara objek. Tapi ada kemungkinan bahwa ledakan sinar gamma telah benar-benar meludahkan gas ini selama ledakan, katakanlah, pada kecepatan yang sangat tinggi sehingga memiliki kecepatan yang berbeda dari ledakan sinar gamma itu sendiri, dan itulah alasan perbedaan pergeseran merah, dan karenanya membuat saya mengatakan mereka memiliki jarak yang berbeda. Jadi, singkatnya, penjelasan untuk nomor 2 adalah bahwa semburan sinar gamma mengeluarkan gas dengan kecepatan sangat tinggi dan kami mengukur gas itu dan menyebutnya galaksi, padahal sebenarnya hanya gas yang dikeluarkan dari semburan sinar gamma. . Itu masih merupakan opsi yang layak saat ini. Pertentangan terhadapnya, dan ini sangat kuat adalah bahwa dalam banyak kasus, kami tidak hanya mengidentifikasi gas, tetapi juga bintang dari galaksi yang harus menampung gas itu. Jadi tidak hanya gas yang akan dikeluarkan, tetapi sebuah galaksi harus dikeluarkan oleh ledakan sinar gamma, dan itu mulai memperluas imajinasi.
Sehingga mengarah ke pintu nomor 3, yaitu pelensaan gravitasi. Galaksi, apa pun dengan massa, memiliki efek dengan membuat objek di belakangnya lebih terang secara visual daripada sebenarnya. Kami pikir kami memiliki galaksi di sini, kami tahu bahwa kami memiliki konsentrasi massa, jadi sangat mungkin bahwa mereka memengaruhi kecerahan objek di belakangnya, dan membuat semburan sinar gamma jauh lebih terang daripada yang seharusnya. Alasan utama kita melihat semburan sinar gamma adalah karena kita memiliki galaksi di sana. Kita membutuhkan galaksi di sana untuk melihat sinar gamma meledak. Dan itu adalah efek seleksi di mana jika kita tidak memiliki galaksi, kita tidak akan melihatnya, dan itu mengarah pada kelebihan quasar, di mana quasar mungkin cukup terang tanpa galaksi. Dan pelensaan gravitasi, seperti yang mungkin Anda ketahui, bukanlah sesuatu yang saya kerjakan secara langsung, tetapi para ahli di bidang tersebut memberi tahu saya bahwa itu bukan penjelasan yang mungkin, atau penjelasan dominan dari hasilnya.
Fraser: Jadi Anda agak kehabisan ide.
Dr. Prochaska: Ya, kami tentu saja telah melewati tiga yang jelas, yang akan dibuat oleh siapa saja, namun memiliki argumen balasan yang cukup kuat untuk itu. Kelompok lain datang dengan ide ke-4, yang menurut saya cukup pintar, bahwa quasar memiliki ukuran yang berbeda dari semburan gamma ray. Agak halus bagaimana hal itu bisa membuat perbedaan besar, tetapi mereka mengatakan, mungkin itulah penjelasannya, namun kami dan yang lain telah mengajukan argumen kontra yang sangat kuat terhadap pintu nomor 4 pada saat ini. Keempat ide yang layak yang telah diusulkan memiliki kegagalan untuk mereka.
Fraser: Jadi, apa selanjutnya? Saya berasumsi Anda akan mencari lebih banyak data.
Prochaska: Tentu saja saya ingin mengesampingkan bahwa gas tersebut terkait dengan semburan sinar gamma, yang dikeluarkan dari semburan sinar gamma. Saya benar-benar ingin membuktikan bahwa yang jelas tidak benar, dan cara untuk melakukannya adalah mengidentifikasi galaksi dan bintang yang sebenarnya yang terkait dengan gas. Jadi orang-orang di tim kami dan tim lain akan kembali dan mencari galaksi yang benar-benar memegang gas. Jika kita tidak menemukan galaksi, saya pikir itu akan lebih percaya pada gagasan bahwa gas dikeluarkan oleh semburan sinar gamma. Jadi pasti ada pekerjaan yang harus dilakukan dalam mempelajari galaksi yang terkait. Dalam garis yang sama, kita dapat menyimpulkan berapa banyak massa dalam galaksi dan menguji hipotesis pelensaan gravitasi dengan lebih baik, serta mempelajari seberapa banyak debu di galaksi untuk menguji hipotesis debu. Bahkan ketika saya sedang bermain mereka, dan saya pikir itu pasti mendorong kita untuk belajar sebanyak mungkin tentang galaksi menuju semburan sinar gamma untuk melihat apakah ada sesuatu yang lucu sedang terjadi, atau properti lain yang dapat menjelaskan hasilnya. Hal lain yang jelas harus dilakukan, dan ini akan dilakukan, adalah hanya menunggu datangnya ledakan sinar gamma dan ulangi percobaan itu pada garis pandang yang lebih banyak. Dan saat ini ada teleskop antariksa NASA Swift yang sedang beroperasi, di mana kita akan mendapatkan 10s bahkan mungkin 100s lebih banyak sinar gamma yang dapat kita ulangi percobaan ini, dan dengan sangat peka mencari tahu seberapa signifikannya itu secara statistik.
Fraser: Apakah ada semacam ide yang benar-benar di luar sana yang menurut Anda mungkin?
Prochaska: Saya yakin akan ada makalah yang ditulis di sepanjang baris itu. Itu tidak akan menjadi opsi favorit saya untuk saat ini. Tapi, saya seorang ilmuwan, saya seorang realis. Kami telah menyampaikan pesan bahwa ada temuan aneh ini, dan kami melihat dengan sangat keras bagaimana kami melakukan penelitian, kami melakukan apel ke apel dengan kemampuan terbaik kami, dan saya pikir kami melakukan pekerjaan yang adil untuk itu. Itu semacam langkah 1. Langkah 2, sebagai seorang pengamat, saya merasa saya harus bisa menjelaskan hasilnya begitu kita memilikinya. Seperti yang saya katakan, kami datang dengan tiga ide, dan sayangnya, saya tidak berpikir ada yang terjebak pada saat ini. Jika saya dapat membunuh semua ide, dan jika hasilnya cocok dengan 50 semburan sinar gamma berikutnya, pada saat itu Anda harus kembali ke asumsi awal Anda; salah satunya adalah kosmologi seperti yang kita kenal. Saya katakan saya mendekati itu, tapi beri saya dua tahun dan jika hal-hal tidak berubah dari apa yang kita lihat, ya, saya pikir Anda harus kembali lagi ke langkah 0 dalam garis asumsi Anda tentang alam semesta.
