Podstawowa liczba, która wpływa na kolor światła emitowanego przez atomy, a także na wszystkie interakcje chemiczne, nie zmieniła się przez ponad 7 miliardów lat, zgodnie z obserwacjami zespołu astronomów sporządzającego mapy ewolucji galaktyk i wszechświata.
Wyniki są przedstawiane dzisiaj (poniedziałek, 18 kwietnia) na dorocznym spotkaniu American Physical Society (APS) przez astronoma Jeffrey'a Newmana, członka Hubble'a z Lawrence Berkeley National Laboratory reprezentującego DEEP2, współpracy prowadzonej przez University of California, Berkeley i UC Santa Cruz. Newman przedstawia dane i aktualizację projektu DEEP2 o godzinie 13.00. Konferencja prasowa EDT w hotelu Marriott Waterside w Tampie, Fla.
Cienka stała struktury, jedna z niewielu czystych liczb, które zajmują centralną rolę w fizyce, pojawia się w prawie wszystkich równaniach dotyczących elektryczności i magnetyzmu, w tym opisujących emisję fal elektromagnetycznych - światło - przez atomy. Jednak pomimo swojej fundamentalnej natury niektórzy teoretycy sugerują, że zmienia się on subtelnie wraz z wiekiem wszechświata, odzwierciedlając zmianę przyciągania między jądrem atomowym a otaczającymi go elektronami.
W ciągu ostatnich kilku lat grupa australijskich astronomów poinformowała, że stała zwiększyła się w czasie życia wszechświata o około jedną część na 100 000, w oparciu o pomiary absorpcji światła z odległych kwazarów, gdy światło przechodzi przez galaktyki bliżej do nas. Jednak inni astronomowie nie znaleźli takiej zmiany przy użyciu tej samej techniki.
Nowe obserwacje zespołu badawczego DEEP2 wykorzystują bardziej bezpośrednią metodę, aby zapewnić niezależną miarę stałej i nie wykazują żadnych zmian w obrębie jednej części na 30 000.
„Stała drobnej struktury określa siłę siły elektromagnetycznej, która wpływa na to, w jaki sposób atomy trzymają się razem i poziomy energii w atomie. Na pewnym poziomie pomaga ustalić skalę całej zwykłej materii złożonej z atomów ”- powiedział Newman. „Ten wynik zerowy oznacza, że teoretycy nie muszą znajdować wyjaśnienia, dlaczego tak bardzo się zmienił”.
Cienka stała struktury, oznaczona grecką literą alfa, jest stosunkiem innych „stałych” natury, które w niektórych teoriach mogłyby się zmieniać w czasie kosmicznym. Równy kwadratowi ładunku elektronu podzielonemu przez prędkość światła razy stałą Plancka, alfa zmieniałby się, zgodnie z jedną z ostatnich teorii, tylko gdyby prędkość światła zmieniała się w czasie. Newman powiedział, że niektóre teorie ciemnej energii lub wielkiego zjednoczenia, w szczególności te, które obejmują wiele dodatkowych wymiarów poza czterema znanymi nam przestrzeniami i czasem, przewidują stopniową ewolucję stałej struktury drobnej.
DEEP2 to pięcioletnie badanie galaktyk odległych o więcej niż 7 do 8 miliardów lat świetlnych, których światło zostało rozciągnięte lub przesunięte na czerwono, aby niemal podwoić swoją pierwotną długość fali przez ekspansję wszechświata. Chociaż projekt współpracy, wspierany przez National Science Foundation, nie miał na celu poszukiwania zmian stałej struktury drobnej, stało się jasne, że podzbiór 40 000 obserwowanych dotychczas galaktyk służy temu celowi.
„W tej gigantycznej ankiecie okazuje się, że niewielka część danych wydaje się być idealna do odpowiedzi na pytanie zadane przez Jeffa” - powiedział główny badacz DEEP2 Marc Davis, profesor astronomii i fizyki na Uniwersytecie Berkeley. „Ta ankieta ma naprawdę ogólny cel i przyniesie milion zastosowań”.
Kilka lat temu astronom John Bahcall z Institute for Advanced Study wskazał, że w poszukiwaniu zmian stałej drobnej struktury pomiar linii emisji z odległych galaktyk byłby bardziej bezpośredni i mniej podatny na błędy niż pomiar linii absorpcyjnych. Newman szybko zdał sobie sprawę, że galaktyki DEEP2 zawierające linie emisji tlenu doskonale nadają się do precyzyjnego pomiaru każdej zmiany.
„Kiedy zaczęły się pojawiać sprzeczne wyniki linii absorpcji, wpadłem na pomysł, że skoro mamy te wszystkie galaktyki o wysokim przesunięciu ku czerwieni, być może możemy zrobić coś nie z liniami absorpcji, ale z liniami emisji w naszej próbce” - powiedział Newman. „Linie emisji byłyby bardzo nieznacznie różne, gdyby zmieniła się stała drobnej struktury.”
Dane DEEP2 pozwoliły Newmanowi i jego współpracownikom zmierzyć długość fali linii emisji zjonizowanego tlenu (OIII, to znaczy tlenu, który utracił dwa elektrony) z dokładnością lepszą niż 0,01 Angstremów na 5000 Angstremów. Angstrem, o szerokości atomu wodoru, odpowiada 10 nanometrom.
„Jest to precyzja przewyższająca tylko osoby próbujące szukać planet” - powiedział, odnosząc się do wykrywania słabych wahań w gwiazdach spowodowanych szarpaniem planet przez gwiazdę.
Zespół DEEP2 porównał długości fal dwóch linii emisji OIII dla 300 pojedynczych galaktyk w różnych odległościach lub przesunięciach ku czerwieni, od przesunięcia ku czerwieni około 0,4 (około 4 miliardów lat temu) do 0,8 (około 7 miliardów lat temu). Zmierzona stała drobnej struktury nie różniła się od dzisiejszej wartości, która wynosi około 1/137. W okresie 4 miliardów lat nie było również trendu wzrostowego ani spadkowego wartości alfa.
„Nasz wynik zerowy nie jest najdokładniejszym pomiarem, ale inna metoda (patrząc na linie absorpcji), która daje bardziej precyzyjne wyniki, obejmuje systematyczne błędy, które powodują, że różni ludzie stosujący tę metodę osiągają różne wyniki”, powiedział Newman.
Newman ogłosił także na spotkaniu APS publiczne opublikowanie pierwszego sezonu danych (2002) z badania DEEP2, który reprezentuje 10 procent z 50 000 odległych galaktyk, które zespół zamierza zbadać. DEEP2 wykorzystuje spektrograf DEIMOS w teleskopie Keck II na Hawajach do rejestrowania przesunięcia ku czerwieni, jasności i spektrum kolorów tych odległych galaktyk, przede wszystkim w celu porównania gromady galaktyk w porównaniu do teraz. Badanie, które zostało ukończone w ponad 80 procentach, powinno zakończyć obserwacje tego lata, z pełną publikacją danych do 2007 roku.
„To naprawdę wyjątkowy zestaw danych, który ogranicza zarówno ewolucję galaktyk, jak i ewolucję wszechświata w czasie” - powiedział Newman. „Sloan Digital Sky Survey dokonuje pomiarów do około redshift 0,2, patrząc wstecz na ostatnie 2-3 miliardy lat. Naprawdę zaczynamy od przesunięcia ku czerwieni 0,7 i osiągając szczyt 0,8 lub 0,9, co odpowiada 7-8 miliardom lat temu, kiedy wszechświat był w połowie tak stary jak dzisiaj. ”
Badanie zakończyło również pomiary, które mogą rzucić światło na naturę ciemnej energii - tajemniczej energii, która przenika wszechświat i wydaje się powodować przyspieszenie ekspansji wszechświata. Zespół modeluje teraz różne teorie ciemnej energii w celu porównania prognoz teoretycznych z nowymi pomiarami DEEP2.
Jak wyjaśnił Davis, ilość ciemnej energii, szacowana obecnie na 70 procent całej energii we wszechświecie, determinuje ewolucję galaktyk i gromad galaktyk. Licząc liczbę małych grup i masywnych gromad galaktyk w odległej objętości przestrzeni jako funkcję ich przesunięcia ku czerwieni i masy, można zmierzyć wielkość, o jaką wszechświat rozszerzył się do dnia dzisiejszego, co zależy od natury ciemnej energii.
„Zasadniczo zliczasz klastry i pytasz:„ Czy jest ich dużo, czy kilka? ”- powiedział Davis. „To wszystko. Jeśli jest bardzo mało gromad, oznacza to, że wszechświat rozszerzył się całkiem sporo. A jeśli jest wiele gromad, wszechświat nie rozszerza się tak bardzo. ”
Davis porównuje obecnie pomiary DEEP2 z prognozami najprostszej teorii ciemnej energii, ale ma nadzieję współpracować z innymi teoretykami w celu przetestowania bardziej egzotycznych teorii ciemnej energii.
„Naprawdę starają się zrozumieć, jak zmienia się gęstość ciemnej energii, gdy wszechświat się rozszerza” - powiedział fizyk teoretyczny UC Berkeley Martin White, profesor astronomii i fizyki, który współpracował z Davisem. „Jeśli gęstość ciemnej energii jest stałą kosmologiczną Einsteina, to teoretyczne przewidywanie jest takie, że się nie zmienia. Święty Graal ma teraz zdobyć jakieś dowody, że nie jest to stała kosmologiczna, że w rzeczywistości się zmienia ”.
Oryginalne źródło: UC Berkeley
