Temeljni broj koji utječe na boju svjetlosti koju zrače atomi kao i na sve kemijske interakcije nije se promijenio u više od 7 milijardi godina, prema opažanjima tima astronoma koji su ocrtavali evoluciju galaksija i svemira.
O rezultatima se izvještava danas (ponedjeljak, 18. travnja) na godišnjem sastanku Američkog fizičkog društva (APS) astronoma Jeffreyja Newmana, Hubbleovog suradnika u Nacionalnoj laboratoriji Lawrencea Berkeleyja koji predstavlja DEEP2, suradnju koju vodi Sveučilište u Kaliforniji, Berkeley i UC Santa Cruz. Newman predstavlja podatke i nadogradnju na projektu DEEP2 u 13:00. Konferencija za tisak EDT u hotelu Marriott Waterside u Tampi, Fla.
Konstanta fine strukture, jedna od šake čistih brojeva koji zauzimaju središnju ulogu u fizici, pojavljuje se u gotovo svim jednadžbama koje uključuju elektricitet i magnetizam, uključujući i one koje opisuju emisiju atoma elektromagnetskih valova - svjetlost. Unatoč svojoj temeljnoj prirodi, neki su teoretičari sugerirali da se ona suptilno mijenja kako svemir raste, odražavajući promjenu privlačnosti između atomskog jezgra i elektrona koji zujaju oko njega.
Tijekom posljednjih nekoliko godina, grupa australijskih astronoma izvijestila je da se konstanta tijekom životnog vijeka svemira povećala za oko jedan dio u 100 000, na temelju njegovih mjerenja apsorpcije svjetlosti iz udaljenih kvazara dok svjetlost prolazi kroz galaksije bliže nama. Međutim, drugi astronomi nisu pronašli takvu promjenu koristeći istu tehniku.
Nova zapažanja istraživačkog tima DEEP2 koriste izravniju metodu za osiguravanje neovisne mjere konstante i ne pokazuju promjene unutar jednog dijela u 30 000.
„Konstanta fine strukture postavlja snagu elektromagnetske sile koja utječe na to kako se atomi drže zajedno i razine energije unutar atoma. Na nekom nivou pomaže se postaviti mjerilo sve uobičajene materije sastavljene od atoma “, rekao je Newman. "Ovaj nulti rezultat znači da teoretičari ne trebaju pronaći objašnjenje zašto bi se to toliko promijenilo."
Konstanta fine strukture, označena grčkim slovom alfa, omjer je ostalih "konstanti" prirode koji bi se u nekim teorijama mogli promijeniti tijekom kozmičkog vremena. Jednako je kvadratu naboja elektrona podijeljenom s brzinom svjetlosnog vremena Planckove konstante, alfa bi se, prema jednoj novoj teoriji, promijenila samo ako bi se brzina svjetlosti s vremenom mijenjala. Neke teorije tamne energije ili velika sjedinjenja, posebno one koje uključuju mnogo dodatnih dimenzija izvan četiri prostora i vremena s kojima smo upoznati, predviđaju postupno razvijanje konstante fine strukture, rekao je Newman.
DEEP2 je petogodišnje istraživanje galaksija udaljenih više od 7 do 8 milijardi svjetlosnih godina čija se svjetlost proširila ili premjestila da bi gotovo udvostručila svoju izvornu valnu duljinu širenjem svemira. Iako projekt suradnje, koji je podržala Nacionalna zaklada za znanost, nije zamišljen da traži promjene u konstantnoj strukturi finih struktura, postalo je jasno da će podskup od dosad promatranih 40.000 galaksija poslužiti toj svrsi.
"U ovom gigantskom istraživanju ispada da je mali dio podataka izgleda savršen za odgovor na pitanje koje Jeff postavlja", rekao je glavni istražitelj DEEP2 Marc Davis, profesor astronomije i fizike na UC Berkeley. "Ovo je istraživanje zaista opće namjene i poslužit će na milijun namjena."
Prije nekoliko godina, astronom John Bahcall iz Instituta za naprednu studiju istaknuo je da bi u potrazi za varijacijama u konstanti fine strukture, mjerenje emisijskih vodova iz udaljenih galaksija bilo izravnije i manje sklono pogreškama od mjernih apsorpcijskih linija. Newman je brzo shvatio da su DEEP2 galaksije koje sadrže linije za emisiju kisika savršeno pogodne za precizno mjerenje bilo kakve promjene.
"Kad se pojave kontradiktorne crte apsorpcijske linije, imao sam ideju da, budući da imamo sve ove velike crvene pomične galaksije, možda nešto možemo učiniti ne apsorpcijskim linijama, već emisijskim linijama unutar našeg uzorka", rekao je Newman. "Emisijske linije bile bi vrlo malo drugačije kad bi se promijenila konstanta fine strukture."
Podaci DEEP2 omogućili su Newmanu i njegovim kolegama da izmjere valnu duljinu emisijskih linija ioniziranog kisika (OIII, to jest kisika koji je izgubio dva elektrona) s preciznošću boljom od 0,01 Angstrom od 5000 Angstroma. Angstrom, oko širine atoma vodika, ekvivalentan je 10 nanometara.
"Ovo je preciznost koju nadmašuju samo ljudi koji pokušavaju tražiti planete", rekao je, pozivajući se na otkrivanje slabih titranja u zvijezdama zbog planeta koji vuku zvijezdu.
DEEP2 tim usporedio je valne duljine dviju emisijskih linija OIII za 300 pojedinih galaksija na različitim udaljenostima ili crvenim pomacima, u rasponu od crvenog pomaka od oko 0,4 (prije oko 4 milijarde godina) do 0,8 (prije oko 7 milijardi godina). Izmjerena konstanta fine strukture nije se razlikovala od današnje vrijednosti, koja je otprilike 1/137. Također nije zabilježen trend porasta ili pada vrijednosti alfa u ovom vremenskom razdoblju od 4 milijarde godina.
"Naš nulti rezultat nije najpreciznije mjerenje, ali druga metoda (gledanje apsorpcijskih linija) koja daje preciznije rezultate uključuje sustavne pogreške zbog kojih različiti ljudi koji koriste metodu dolaze do različitih rezultata", rekao je Newman.
Newman je na sastanku APS-a također objavio javno objavljivanje prve sezone podataka (2002) iz DEEP2 ankete, što predstavlja 10 posto od 50.000 udaljenih galaksija za koje se tim nada istraživanju. DEEP2 koristi DEIMOS spektrograf na teleskopu Keck II na Havajima za snimanje crvenog pomaka, svjetline i spektra boja tih udaljenih galaksija, prvenstveno za usporedbu grupiranja galaksija i tadašnjih. Istraživanje, koje je sada više od 80 posto, trebalo bi završiti promatranje ovog ljeta, s potpuno objavljivanjem podataka do 2007. godine.
"Ovo je zaista jedinstven skup podataka koji ograničava i razvoj galaksija i kako se svemir razvijao s vremenom", rekao je Newman. „Sloan Digital Sky Survey vrši mjerenja do pomaka u promjeni 0,2, osvrćući se na posljednje 2-3 milijarde godina. Zaista započinjemo s crvenim pomakom 0,7, a maksimumom na 0,8 ili 0,9, što je ekvivalentno prije 7-8 milijardi godina, u vremenu kada je svemir bio upola manji kao danas. "
Istraživanje je također dovršilo mjerenja koja bi mogla osvijetliti prirodu tamne energije - tajanstvenu energiju koja prožima svemir i čini se da uzrokuje ubrzanje širenja svemira. Tim danas modelira različite teorije tamne energije kako bi usporedio teorijska predviđanja s novim DEEP2 mjerenjima.
Kako je Davis objasnio, količina tamne energije, koja se sada procjenjuje na 70 posto sve energije u svemiru, određuje evoluciju galaksija i klastera galaksija. Prebrojavanjem broja malih skupina i masivnih nakupina galaksija u udaljenom volumenu prostora kao funkciji njihovog crvenog pomaka i mase, moguće je izmjeriti količinu kojom se svemir proširio do današnjih dana, što ovisi o prirodi tamne energije.
"U osnovi, brojite grozdove i pitate:" Ima li ih puno ili nekoliko? ", Rekao je Davis. "To je sve što iznosi. Ako je jako malo grozdova, to znači da se svemir proširio na dosta načina. A ako ima puno grozdova, svemir se nije toliko proširio. "
Davis trenutno uspoređuje DEEP2 mjerenja s predviđanjima najjednostavnije teorije tamne energije, ali nada se suradnji s drugim teoretičarima kako bi testirao više egzotičnih teorija tamne energije.
"Ono što stvarno pokušavaju postići jest kako se gustoća tamne energije mijenja kako se svemir širi", rekao je teorijski fizičar UC Berkeley Martin White, profesor astronomije i fizike koji je surađivao s Davisom. "Ako je gustoća tamne energije Einsteinova kozmološka konstanta, onda se teorijsko predviđanje ne mijenja. Sveti gral sada treba dobiti neke dokaze da to nije kozmološka konstanta, nego da se u stvari mijenja. "
Izvorni izvor: UC Berkeley
