Imagina mirar casas rojas, y a veces ves pasar un cuervo. El cuervo y la casa podrían estar a kilómetros de distancia, así que esto debe ser imposible, ¿verdad? Bueno, según una nueva encuesta, si miras un cuásar, verás una galaxia al frente el 25% del tiempo. Pero para las explosiones de rayos gamma, casi siempre hay una galaxia interviniente. A pesar de que podrían estar separados por miles de millones de años luz. Darse cuenta de eso. El Dr. Jason X. Prochaska, de la Universidad de California, Santa Cruz, me habla sobre los extraños resultados que han encontrado y cuál podría ser la causa.
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Fraser Cain: De acuerdo, para darle a la gente algo de experiencia, ¿cuál es la diferencia entre un estallido de rayos gamma y un quásar? Supongo que son bastante diferentes.
Dr. Prochaska: Sí, tal vez comenzaré con las similitudes. Ambos son objetos muy interesantes para el estudio de la cosmología porque son objetos extremadamente brillantes. Otra similitud es que creemos que ambos están relacionados con los agujeros negros, pero después de eso, hay una gran diferencia entre los dos tipos de objetos. Se cree que los cuásares son agujeros negros supermasivos, por lo que son agujeros negros, pero extremadamente masivos, en algunos casos tan masivos como una galaxia. Acumulando gas en el agujero negro se calienta y la luz que vemos es el quásar. Debido a que son supermasivos, pueden acumular mucho y mucho gas y, como resultado, pueden brillar muy intensamente, lo que se puede ver desde distancias muy grandes.
Una explosión de rayos gamma, al menos, en la que se basa este documento, hay dos tipos, es el resultado de una estrella masiva, una sola estrella, pero bastante masiva, del orden de 10-50 veces más masiva que nuestro Sol, llega con la muerte de una estrella. Al final de su vida natural. Tras su muerte, crea un agujero negro, y creemos que una fracción de estas estrellas crea explosiones de rayos gamma.
Fraser: E hiciste una encuesta de quásares y explosiones de rayos gamma, ¿y qué encontraste?
Dr. Prochaska: Primero puse a un estudiante en un proyecto con cuásares. Hay una base de datos pública llamada Sloan Digital Sky Survey, y se encuestó una gran fracción del cielo del norte. Y han tomado un espectro de probablemente cerca de un millón de objetos, principalmente un estudio de galaxias en el corazón. Además de estudiar galaxias, también han estudiado cuásares. Han tomado una espectroscopia de unos 60,000 quásares ahora, y han publicado esos datos públicamente a cualquier persona en el planeta que lo desee. Más o menos, revisamos esa base de datos, buscando firmas de galaxias que se encuentran entre nosotros y los cuásares. Entonces, si tienes un cuásar a una distancia muy grande, ya que tienden a mentir, existe la posibilidad de que haya una galaxia bastante grande entre nosotros y ese cuásar. La galaxia se revela por las líneas de absorción en el cuásar. Entonces, al analizar el espectro del cuásar, verá estas características asociadas con el cuásar que son muy distintivas, pero puede ver la ausencia de luz en este caso. La huella digital de la galaxia en sí que coincidentemente se encuentra entre nosotros y el cuásar. Ese tipo de ciencia es algo que he estado haciendo durante los últimos 12 años. Hice que mi estudiante revisara estos 50,000 cuásares en la encuesta de Sloan, y cuente con qué frecuencia tenemos una galaxia entre nosotros y el cuásar. Ese es el primer paso, y hay mucha ciencia que puede surgir de esa búsqueda de estas galaxias.
Fraser: Por lo tanto, es posible que no pueda ver visualmente si hay una galaxia allí, pero puede detectarla.
Dr. Prochaska: Eso es correcto. Nuestra propia Vía Láctea está llena de estrellas, gas y polvo. En lo que respecta a los bariones, los protones y los neutrones. Las tres fases principales en las que residen los bariones en la Vía Láctea son las estrellas, que se ven con bastante facilidad, gas, que es más o menos invisible, pero emite a 21 cm, una técnica bien conocida utilizada para mapear el gas en nuestra galaxia con radiotelescopios. Pero el gas también puede absorber la luz. Emite a longitudes de onda de 21 cm, pero también absorbe a frecuencias específicas. Absorberá la luz de un objeto de fondo. Y casi todas las galaxias tienen no solo estrellas, sino también el gas del que se forman esas estrellas, y uno puede detectar la galaxia, la firma de esa galaxia al estudiar el gas. Y esa es la técnica que usamos para los cuásares, y es la misma técnica que usamos para los estallidos de rayos gamma.
Fraser: Correcto, ¿y qué encontraste con los estallidos de rayos gamma?
Dr. Prochaska: En realidad, un punto importante que omití al comparar los cuásares con los estallidos de rayos gamma es que son muy brillantes. Al igual que su nombre, emiten muchos rayos gamma, pero una buena fracción de ellos, ciertamente más de la mitad, también emiten radiación en los rayos ultravioleta, rayos X, luz óptica, incluso luz de radio, y son muy brillantes en esas frecuencias. . Y así podemos verlos a través del Universo en las frecuencias ultravioleta u óptica, y usarlos para estudiar el gas que se encuentra entre nosotros y la explosión de rayos gamma. Lo que es diferente en los cuásares, al menos por el momento, es que se han descubierto muchas menos explosiones de rayos gamma. Se requiere un satélite espacial para detectar estos fenómenos, una cantidad considerable de tecnología que no ha existido en un gran nivel hasta hace poco. Entonces, el número de estas cosas que se han detectado todavía es de 1000, pero solo 1-200 que podemos estudiar con gran detalle. Eso es lo que hemos estado haciendo, tomando incluso un subconjunto de esos 100 más o menos, adquirió el espectro de la explosión de rayos gamma y nuevamente buscó la firma de galaxias que se encuentran entre nosotros y la explosión, nuevamente a través del gas. El resultado final es que, si bien tenemos una pequeña muestra de explosiones de rayos gamma, una sobreabundancia significativamente mayor de más galaxias hacia explosiones de rayos gamma, entonces hay hacia los quásares.
Fraser: ¿Cuántos más?
Dr. Prochaska: El número ahora es 4, eso ha sido bien medido, yo diría que el error es 1, entonces 4 más o menos 1. Lo que es significativo es que es una mejora. La mejora algún día puede llegar a ser 3 o quizás 1.5, pero la mejora durante el cuásar es muy sólida.
Fraser: Por alguna razón, hay más galaxias entre nosotros y las explosiones de rayos gamma distantes que hay entre nosotros y los cuásares. ¿Como es eso posible? Están muy lejos.
Dr. Prochaska: Correcto, y eso es lo que hay que enfatizar primero es que, a priori, no tenemos expectativas de que las galaxias que aleatorizamos hacia quásares o explosiones de rayos gamma tengan algo que ver con esa fuente de luz de fondo. Nuevamente, encontramos un cuásar a una gran distancia de nosotros, la galaxia también está a una distancia de nosotros, pero también, al mismo tiempo, a una gran distancia del cuásar. Tanto es así que no esperarías ninguna asociación; sin asociación gravitacional, sin electromagnética, sin asociación física entre la galaxia que estamos identificando y el quásar. Y lo mismo es cierto para el experimento de explosión de rayos gamma. Las explosiones de rayos gamma están a una gran distancia de nosotros, vemos galaxias hacia ella, están a una gran distancia de nosotros, pero también a una gran distancia de la explosión de rayos gamma. Y de nuevo, no tenemos expectativas a priori de ninguna relación física entre esa galaxia y el estallido de rayos gamma que se encuentra detrás de ella. Ciertamente, en la superficie es bastante impresionante, la prueba es bastante sencilla. Nuestra reacción inmediata es, bueno, ¿qué está pasando?
Hay tres sesgos o explicaciones: en astronomía los llamaríamos sesgos de selección. Y las tres explicaciones clave, las explicaciones obvias, que podrían darle este resultado son primero: polvo. Las galaxias, como dije, tienen materia en tres fases: en estrellas, gas y polvo. La mayoría de las galaxias, o probablemente todas las galaxias tienen polvo dentro de ellas. Y el aspecto clave del polvo es que extingue la fuente de fondo. Entonces espolvorea un poco de polvo entre tú y el cuásar, y lo vas a hacer más débil. Todas estas galaxias tienen polvo en ellas, y se podría imaginar que en realidad faltan los cuásares cuando se realiza esta inspección en todo el cielo. Las galaxias que tienen mucho polvo en ellas oscurecerán el cuásar, y nunca lo verás. Nunca se contará en su muestra. Pero los estallidos de rayos gamma, que se detectan con un enfoque muy diferente, utilizando rayos gamma, no serían tan sensibles a este polvo: aún podría detectar el estallido de rayos gamma y contarlo en su muestra. Por lo tanto, terminaría con un recuento excesivo de objetos en la muestra de rayos gamma, con una ausencia de quásares debido al polvo. La razón por la que no creemos que esa sea la respuesta es que tenemos una buena idea de cuánto polvo son las galaxias, y no es suficiente eliminar suficientes cuásares de la muestra para compensar la diferencia por un factor de 4.
Así que esa es la explicación número 1. El número 2 sería que nuestra suposición a priori, que el gas no tiene nada que ver con la explosión de rayos gamma o que el quásar está mal. He dicho que este gas está a una gran distancia de nosotros, y del quásar y del estallido de rayos gamma. Probablemente el problema más difícil en astronomía es en realidad medir la distancia. Realmente no estoy midiendo la distancia del gas, estoy midiendo el desplazamiento al rojo del gas, y eso me da una estimación de la distancia, bajo el supuesto de que el desplazamiento al rojo se debe a la expansión del Universo. Realmente el desplazamiento al rojo es solo una velocidad. Así que estoy midiendo la velocidad del gas, estoy midiendo la velocidad del estallido de rayos gamma. Sé que los dos son diferentes, lo sé con un hecho científico absoluto. Supongo que la diferencia en las velocidades se debe a la expansión del Universo y, por lo tanto, a la distancia entre los objetos. Pero es posible que las explosiones de rayos gamma hayan escupido este gas durante la explosión, por ejemplo, a velocidades muy altas, de modo que tenga una velocidad diferente a la del mismo estallido de rayos gamma, y esa es la razón de la diferencia en el desplazamiento al rojo, y por lo tanto, me hace decir que tienen distancias diferentes. Entonces, en pocas palabras, la explicación para el número 2 es que las explosiones de rayos gamma están expulsando gas a velocidades muy altas y estamos midiendo ese gas y llamándolo galaxia, cuando en realidad solo se está expulsando gas de las explosiones de rayos gamma . Esa sigue siendo una opción viable en este momento. El argumento en contra, y es sólido, es que, en muchos casos, hemos identificado no solo el gas, sino también las estrellas de la galaxia que deben albergar ese gas. Entonces, no solo el gas tendría que ser expulsado, sino que una galaxia tendría que ser expulsada por la explosión de rayos gamma, y eso comienza a estirar la imaginación.
Eso lleva a la puerta número 3, que es la lente gravitacional. Las galaxias, cualquier cosa con masa, tienen un efecto al hacer que los objetos detrás de ellas sean visualmente más brillantes de lo que realmente son. Creemos que tenemos galaxias aquí, sabemos que tenemos una concentración de masa, por lo que es muy posible que estén impactando el brillo del objeto detrás de ellos, y haciendo que los estallidos de rayos gamma sean mucho más brillantes de lo que serían de otra manera. La razón principal por la que estamos viendo los estallidos de rayos gamma es porque tenemos una galaxia allí. Necesitamos la galaxia allí para ver el estallido de rayos gamma. Y ese es un efecto de selección donde si no tuviéramos una galaxia, no la veríamos, y eso lleva a un exceso de quásares, donde los quásares son quizás lo suficientemente brillantes sin las galaxias. Y la lente gravitacional, como probablemente pueda ver, no es algo en lo que haya trabajado directamente, pero los expertos en el campo me dicen que esa no es una explicación probable, o la explicación dominante del resultado.
Fraser: Entonces te estás quedando sin ideas.
Dr. Prochaska: Sí, ciertamente hemos analizado los tres obvios, los que cualquiera podría presentar, y sin embargo tenemos argumentos contrarios bastante fuertes para ellos. A otro grupo se le ocurrió otra cuarta idea, que creo que fue bastante inteligente, que los cuásares tienen un tamaño diferente al de los estallidos de rayos gamma. Es un poco sutil cómo eso podría marcar una gran diferencia, pero dijeron, tal vez esa sea la explicación, pero nosotros y otros hemos presentado contraargumentos realmente fuertes contra la puerta número 4 en este momento. Las 4 ideas decentes que se han propuesto tienen fallas en ellas.
Fraser: Entonces, ¿qué sigue ahora? Supongo que buscará más datos.
Dr. Prochaska: Ciertamente quiero descartar que el gas esté asociado con los estallidos de rayos gamma, es decir, se está disparando fuera de los estallidos de rayos gamma. Realmente me gustaría demostrar que ciertamente no es cierto, y la forma de hacerlo es identificar la galaxia y las estrellas reales que están asociadas con el gas. Entonces, la gente de nuestro equipo y otros equipos están regresando y buscando la galaxia que realmente contiene el gas. Si no encontramos galaxias, creo que eso le daría más crédito a la idea de que el gas fue expulsado por la explosión de rayos gamma. Así que ciertamente hay trabajo por hacer en el estudio de las galaxias asociadas. En la misma línea, podemos inferir cuánta masa hay en las galaxias y probar mejor la hipótesis de la lente gravitacional, así como aprender cuánto polvo hay en las galaxias para probar la hipótesis del polvo. Incluso mientras estoy jugando con ellos, y creo que ciertamente nos corresponde aprender tanto sobre las galaxias hacia los estallidos de rayos gamma para ver si está sucediendo algo gracioso o cualquier otra propiedad que pueda explicar el resultado. La otra cosa obvia que se debe hacer, y esto se hará, es esperar a que aparezcan más estallidos de rayos gamma y repetir ese experimento en más líneas de visión. Por lo tanto, actualmente está funcionando este telescopio espacial Swift de la NASA, donde obtendremos 10, tal vez incluso 100 más más de estallidos de rayos gamma en los que podemos repetir este experimento, y descubriremos lo estadísticamente significativo que es.
Fraser: ¿Hay algún tipo de idea que esté completamente ahí fuera que creas que podría ser posible?
Dr. Prochaska: Estoy seguro de que habrá documentos escritos en ese sentido. No va a ser mi opción favorita por el momento. Pero soy científico, soy realista. Hemos traído el mensaje de que existe este hallazgo peculiar, y analizamos muy bien cómo hicimos el estudio, hicimos manzanas con manzanas lo mejor que pudimos, y creo que hicimos un buen trabajo al respecto. Ese es el tipo de paso 1. Paso 2, como observador, siento que debería poder explicar el resultado una vez que lo tengamos. Como dije, se nos ocurrieron las tres ideas y, desafortunadamente, no creo que ninguna de ellas se haya atascado en este momento. Si puedo matar todas las ideas, y si el resultado se mantiene bien con los próximos 50 estallidos de rayos gamma, en ese punto tienes que volver a tus suposiciones iniciales; uno de ellos es la cosmología tal como la conocemos. Estoy diciendo que estoy cerca de eso, pero dame dos años y si las cosas no cambian de lo que vemos, sí, creo que tienes que volver al paso 0 en tu línea de suposiciones sobre el universo.
