Imaginez que vous regardez des maisons rouges, et parfois vous voyez un corbeau passer. Le corbeau et la maison pourraient être à des kilomètres l'un de l'autre, donc cela doit être impossible, non? Eh bien, selon une nouvelle enquête, si vous regardez un quasar, vous verrez une galaxie devant 25% du temps. Mais pour les sursauts gamma, il y a presque toujours une galaxie intermédiaire. Même s'ils pouvaient être séparés par des milliards d'années-lumière. Comprenez cela. Le Dr Jason X. Prochaska, de l'Université de Californie à Santa Cruz, me parle des résultats étranges qu'ils ont trouvés et de la cause possible.
Écoutez l'interview: une différence surprenante (7,8 Mo)
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Fraser Cain: D'accord, pour donner aux gens un peu d'histoire, quelle est la différence entre un éclat de rayons gamma et un quasar? Je suppose qu'ils sont assez différents.
Dr Prochaska: Oui, je vais peut-être commencer par les similitudes. Ce sont deux objets très intéressants pour l'étude de la cosmologie car ce sont des objets extrêmement brillants. Une autre similitude est que nous pensons qu'ils sont tous deux liés aux trous noirs, mais après cela, il y a une grande différence entre les deux types d'objets. On pense que les quasars sont des trous noirs supermassifs - donc des trous noirs, mais extrêmement massifs, dans certains cas aussi massifs qu'une galaxie. L'accrétion de gaz sur le trou noir se réchauffe et la lumière que nous voyons est le quasar. Parce qu'ils sont supermassifs, ils peuvent accumuler beaucoup, beaucoup de gaz et, par conséquent, peuvent briller très fort, ce qui peut être vu à de très grandes distances.
Une explosion de rayons gamma, au moins, sur laquelle se fonde cet article - il en existe deux types - est le résultat d'une étoile massive, une seule étoile, mais assez massive, de l'ordre de 10 à 50 fois plus massive que notre Soleil, arrive avec la mort d'une star. À la fin de sa durée de vie naturelle. À sa mort, il crée un trou noir et, selon nous, une partie de ces étoiles créent des sursauts gamma.
Fraser: Et vous avez fait une enquête sur les quasars et les sursauts de rayons gamma, et qu'avez-vous trouvé?
Dr Prochaska: J'ai d'abord mis un étudiant sur un projet avec des quasars. Il existe une base de données publique appelée Sloan Digital Sky Survey, qui couvre une grande partie du ciel nordique. Et ils ont pris un spectre de près d'un million d'objets, principalement une étude de galaxies au cœur de celui-ci. En plus d'étudier les galaxies, ils ont également étudié les quasars. Ils ont pris la spectroscopie d'environ 60 000 quasars maintenant, et ils ont rendu ces données publiques à quiconque sur la planète qui le voulait. Plus ou moins, nous avons parcouru cette base de données, à la recherche de signatures de galaxies qui se trouvent entre nous et les quasars. Donc, si vous avez un quasar à une très grande distance, car ils ont tendance à mentir, il y a une chance qu'il y ait une assez grande galaxie entre nous et ce quasar. La galaxie se révèle par les raies d'absorption du quasar. Vous analysez donc le spectre du quasar, vous voyez ces caractéristiques associées au quasar qui sont très distinctives, mais vous pouvez voir l'absence de lumière dans ce cas. L'empreinte digitale de la galaxie elle-même qui se trouve par coïncidence entre nous et le quasar. Ce genre de science est quelque chose que je fais depuis 12 ans maintenant. J'ai demandé à mon élève de parcourir ces 50 000 quasars dans l'enquête Sloan, et de compter la fréquence à laquelle nous avons une galaxie entre nous et le quasar. C'est la première étape décisive, et il y a beaucoup de science qui peut sortir d'une telle recherche de ces galaxies.
Fraser: Donc, vous ne pourrez peut-être pas voir visuellement s'il y a une galaxie, mais vous pouvez la détecter.
Dr Prochaska: C'est vrai. Notre propre voie lactée est pleine d'étoiles, de gaz et de poussière. En ce qui concerne les baryons, les protons et les neutrons. Les trois principales phases dans lesquelles les baryons résident dans la Voie lactée sont les étoiles, que vous voyez assez facilement, le gaz, qui est plus ou moins invisible, mais émet à 21 cm - une technique bien connue utilisée pour cartographier le gaz dans notre galaxie avec radiotélescopes. Mais le gaz peut également absorber la lumière. Il émet à des longueurs d'onde de 21 cm, mais il absorbe également à des fréquences spécifiques. Il absorbe la lumière d'un objet d'arrière-plan. Et donc à peu près toutes les galaxies ont non seulement des étoiles mais le gaz à partir duquel ces étoiles se forment, et on peut détecter la galaxie, la signature de cette galaxie en étudiant le gaz. Et c'est la technique que nous utilisons pour les quasars, et c'est la même technique que nous utilisons pour les sursauts gamma.
Fraser: D'accord, et qu'avez-vous trouvé avec les sursauts gamma?
Dr Prochaska: En fait, un point important que j'ai omis en comparant les quasars aux sursauts gamma est qu'ils sont très brillants. Comme avec leur nom, ils émettent beaucoup de rayons gamma, mais une bonne partie d'entre eux - certainement plus de la moitié - émettent également des rayonnements dans l'ultraviolet, les rayons X, la lumière optique, même la radio, et sont très brillants dans ces fréquences . Et donc nous pouvons les voir à travers l'Univers dans les fréquences ultraviolettes ou optiques, et les utiliser pour étudier le gaz qui se trouve entre nous et l'éclatement des rayons gamma. Ce qui est différent dans les quasars, du moins pour le moment, c'est qu'il y a beaucoup moins de sursauts gamma qui ont été découverts. Il faut un satellite spatial pour détecter ces phénomènes, une bonne quantité de technologie qui n'existait pas à un niveau élevé jusqu'à récemment. Ainsi, le nombre de ces choses qui ont été détectées est toujours dans les années 1000, mais seulement 1 à 200 que nous pouvons étudier en détail. C’est ce que nous avons fait, en prenant même un sous-ensemble de ces 100 ou plus, acquis le spectre de l’éclatement des rayons gamma et recherché à nouveau la signature des galaxies qui se trouvent entre nous et l’éclatement, toujours à travers le gaz. Le résultat est que, même si nous avons un petit échantillon de sursauts de rayons gamma, une surabondance significativement plus importante de plus de galaxies vers les sursauts de rayons gamma qu'il y en a vers les quasars.
Fraser: Combien de plus?
Dr Prochaska: Le nombre est maintenant de 4, cela a été bien mesuré, je dirais que l'erreur est 1, donc 4 plus ou moins 1. Ce qui est important, c'est que c'est une amélioration. L'amélioration peut un jour s'avérer être de 3 ou peut-être 1,5, mais l'amélioration sur le quasar est très bonne.
Fraser: Pour une raison quelconque, il y a plus de galaxies entre nous et les sursauts de rayons gamma éloignés qu'il n'y en a entre nous et les quasars. Comment est-ce possible? Ils sont si éloignés.
Dr Prochaska: D'accord, et c'est la chose à souligner en premier, c'est que, a priori, nous ne nous attendons pas à ce que les galaxies que nous avons au hasard vers les quasars ou les sursauts gamma aient quelque chose à voir avec cette source de lumière de fond. Encore une fois, nous trouvons un quasar à une grande distance de nous, la galaxie est également à une distance de nous, mais aussi, en même temps, à une très grande distance du quasar. À tel point que vous ne vous attendriez à aucune association; aucune association gravitationnelle, aucune électromagnétique, aucune association physique entre la galaxie que nous identifions et le quasar. Et la même chose est vraie pour l'expérience de rafale de rayons gamma. Les rafales de rayons gamma sont à une grande distance de nous, nous voyons des galaxies vers elle - elles sont à une grande distance de nous, mais aussi à une grande distance de la rafale de rayons gamma. Et encore une fois, nous n'avons aucune attente a priori d'une quelconque relation physique entre cette galaxie et le sursaut gamma qui se cache derrière elle. Certes, en surface, c'est assez étonnant, le test est assez simple. Notre réaction immédiate est, d’accord, que se passe-t-il?
Il existe trois biais ou explications - en astronomie, nous les appellerions des biais de sélection. Et les trois explications clés, les explications évidentes, qui pourraient vous donner ce résultat sont d'abord: la poussière. Les galaxies, comme je l'ai dit, ont de la matière en trois phases: dans les étoiles, le gaz et la poussière. La plupart des galaxies, ou probablement toutes les galaxies, contiennent de la poussière. Et l'aspect clé de la poussière est qu'elle éteint la source d'arrière-plan. Donc, vous saupoudrez de la poussière entre vous et le quasar, et vous allez le rendre plus léger. Ces galaxies contiennent toutes de la poussière et vous pourriez imaginer des quasars réellement manquants lorsque vous effectuez cette étude à travers le ciel entier. Les galaxies qui contiennent beaucoup de poussière obscurciront le quasar, et vous ne le regarderez jamais. Il ne sera jamais pris en compte dans votre échantillon. Mais les sursauts gamma, qui sont détectés avec une approche très différente, utilisant des rayons gamma, ne seraient pas aussi sensibles à cette poussière - vous pourriez toujours potentiellement détecter la sursaut gamma et la compter dans votre échantillon. Vous vous retrouveriez donc avec un comptage excessif d'objets dans l'échantillon de rayons gamma, avec une absence de quasars due à la poussière. La raison pour laquelle nous ne pensons pas que la réponse est que nous avons une bonne idée de la quantité de poussière dans les galaxies, et il ne suffit pas d'enlever suffisamment de quasars de l'échantillon pour compenser la différence par un facteur de 4.
Voilà l'explication numéro 1. Le numéro 2 serait que notre hypothèse a priori, que le gaz n'a rien à voir avec l'éclatement des rayons gamma ou le quasar est faux. J'ai dit que ce gaz est très éloigné de nous, du quasar et de l'éclatement des rayons gamma. Le problème le plus difficile en astronomie est probablement la mesure de la distance. Je ne mesure pas vraiment la distance du gaz, je mesure le décalage vers le rouge du gaz, et cela me donne une estimation de la distance, en supposant que le décalage vers le rouge est dû à l'expansion de l'Univers. Vraiment redshift est juste une vitesse. Je mesure donc la vitesse du gaz, je mesure la vitesse de l'éclatement des rayons gamma. Je sais que les deux sont différents, que je connais avec un fait scientifique absolu. Je suppose que la différence de vitesse est due à l'expansion de l'Univers et donc à la distance entre les objets. Mais il est possible que les sursauts gamma aient effectivement craché ce gaz pendant l'explosion, disons, à des vitesses très élevées de sorte qu'il ait une vitesse différente de celle des sursauts gamma lui-même, et c'est la raison de la différence de décalage vers le rouge, et ce qui me fait dire qu'ils ont des distances différentes. Donc, en un mot, l'explication du numéro 2 est que les rafales de rayons gamma éjectent du gaz à des vitesses très élevées et nous mesurons ce gaz et l'appelons une galaxie, alors qu'en fait ce n'est que du gaz éjecté des rafales de rayons gamma . C’est encore une option viable pour le moment. Le contre-argument, et il est solide, est que dans de nombreux cas, nous avons identifié non seulement le gaz, mais aussi les étoiles de la galaxie qui doivent héberger ce gaz. Ainsi, non seulement le gaz devrait être éjecté, mais une galaxie devrait être éjectée par l'éclatement des rayons gamma, et cela commence à étirer l'imagination.
Cela mène donc à la porte numéro 3, qui est la lentille gravitationnelle. Les galaxies, tout ce qui a de la masse, ont un effet en rendant les objets derrière eux visuellement plus brillants qu'ils ne le sont réellement. Nous pensons que nous avons des galaxies ici, nous savons que nous avons une concentration en masse, il est donc tout à fait possible qu'elles aient un impact sur la luminosité de l'objet derrière elles et rendent les éclats de rayons gamma beaucoup plus lumineux qu'ils ne le seraient autrement. La raison principale pour laquelle nous voyons les sursauts gamma est parce que nous avons une galaxie là-bas. Nous avons besoin de la galaxie pour voir l'éclatement des rayons gamma. Et c'est un effet de sélection où si nous n'avions pas de galaxie, nous ne le verrions pas, et cela conduit à une surabondance de quasars, où les quasars sont peut-être assez brillants sans les galaxies. Et la lentille gravitationnelle, comme vous pouvez probablement le voir, n'est pas quelque chose sur laquelle j'ai travaillé directement, mais les experts dans le domaine me disent que ce n'est pas une explication probable, ou l'explication dominante du résultat.
Fraser: Vous manquez donc d’idées.
Dr. Prochaska: Oui, nous avons certainement parcouru les trois évidents, ceux que n'importe qui trouverait, et pourtant nous avons des contre-arguments assez solides à ceux-ci. Un autre groupe est venu avec une autre 4ème idée, qui je pense était assez intelligente, que les quasars ont une taille différente de celle des sursauts gamma. C'est un peu subtil sur la façon dont cela pourrait faire une grande différence, mais ils ont dit, c'est peut-être l'explication, mais nous et d'autres avons présenté des contre-arguments très forts contre la porte numéro 4 à ce stade. Les 4 idées décentes qui ont été proposées ont des défauts.
Fraser: Alors quelle est la prochaine étape? Je suppose que vous chercherez plus de données.
Dr. Prochaska: Je veux certainement exclure que le gaz soit associé aux sursauts gamma, c'est qu'il est tiré hors des sursauts gamma. Je voudrais vraiment prouver que ce n'est certainement pas vrai, et la façon de le faire est d'identifier la galaxie réelle et les étoiles associées au gaz. Donc, les gens de notre équipe et d'autres équipes retournent à la recherche de la galaxie qui détient réellement le gaz. Si nous ne trouvions pas de galaxies, je pense que cela donnerait plus de crédibilité à l'idée que le gaz a été éjecté par l'éclatement des rayons gamma. Il y a donc certainement du travail à faire pour étudier les galaxies associées. Dans les mêmes lignes, nous pouvons déduire la quantité de masse dans les galaxies et mieux tester l'hypothèse de lentille gravitationnelle, ainsi que la quantité de poussière dans les galaxies pour tester l'hypothèse de la poussière. Même pendant que je suis en train de les jouer, et je pense qu'il nous appartient certainement d'en apprendre autant sur les galaxies vers les sursauts gamma pour voir s'il se passe quelque chose de drôle, ou toute autre propriété qui pourrait expliquer le résultat. L'autre chose évidente à faire, et cela sera fait, est simplement d'attendre que plus de rafales de rayons gamma se produisent et de répéter cette expérience sur plus de lignes de vue. Et donc actuellement, il y a ce télescope spatial Swift de la NASA en fonctionnement, où nous obtiendrons 10s peut-être même 100s plus de sursauts de rayons gamma sur lesquels nous pouvons répéter cette expérience, et déterminer très clairement à quel point il est statistiquement significatif.
Fraser: Y a-t-il une sorte d'idée qui existe complètement qui, selon vous, pourrait être possible?
Dr Prochaska: Je suis sûr qu'il y aura des articles écrits dans ce sens. Ce ne sera pas mon option préférée pour le moment. Mais, je suis un scientifique, je suis un réaliste. Nous avons transmis le message qu'il y a cette constatation particulière, et nous avons examiné très attentivement la façon dont nous avons mené l'étude, nous avons fait des pommes avec des pommes du mieux que nous pouvions, et je pense que nous avons fait un bon travail. C’est le genre d’étape 1. L’étape 2, en tant qu’observateur, j’estime que je devrais pouvoir expliquer le résultat une fois que nous l’aurons. Comme je l’ai dit, nous avons proposé les trois idées et, malheureusement, je ne pense pas qu’elles soient bloquées pour le moment. Si je peux tuer toutes les idées et si le résultat résiste bien aux 50 prochains sursauts de rayons gamma, à ce stade, vous devez revenir à vos hypothèses initiales; l'un d'eux est la cosmologie telle que nous la connaissons. Je dis que je suis proche de cela, mais donnez-moi deux ans et si les choses ne changent pas de ce que nous voyons, oui, je pense que vous devez revenir à l'étape 0 de votre ligne d'hypothèses sur l'univers.
