Temeljno število, ki vpliva na barvo svetlobe, ki jo oddajajo atomi, kot tudi na vse kemijske interakcije, se v več kot 7 milijard letih ni spremenilo, kažejo ugotovitve ekipe astronomov, ki so prikazale evolucijo galaksij in vesolja.
O rezultatih poročajo danes (ponedeljek, 18. aprila) na letnem srečanju Ameriškega fizičnega društva (APS) astronoma Jeffreyja Newmana, Hubblovega sodelavca iz Nacionalnega laboratorija Lawrencea Berkeleyja, ki predstavlja DEEP2, sodelovanje na Kalifornijski univerzi v Berkeleyju in UC Santa Cruz. Newman ob 13:00 predstavi podatke in posodobitev projekta DEEP2. Tiskovna konferenca EDT v hotelu Marriott Waterside v Tampi, Fla.
Konstanta fine strukture, ena od peščice čistih števil, ki imajo osrednjo vlogo v fiziki, se pojavlja v skoraj vseh enačbah, ki vključujejo elektriko in magnetizem, vključno s tistimi, ki opisujejo oddajanje elektromagnetnih valov - svetlobe - z atomi. Kljub svoji temeljni naravi pa nekateri teoretiki nakazujejo, da se ta spreminja subtilno, ko vesolje raste, kar kaže na spremembo privlačnosti med atomskim jedrom in elektroni, ki burijo okoli njega.
V zadnjih nekaj letih je skupina avstralskih astronomov poročala, da se je konstanta v celotni življenjski dobi vesolja povečala za približno en del na 100.000, na podlagi meritev absorpcije svetlobe iz oddaljenih kvazarjev, ko svetloba prehaja skozi galaksije bližje nam. Drugi astronomi pa niso našli takšnih sprememb z isto tehniko.
Nova opažanja raziskovalne skupine DEEP2 uporabljajo bolj neposredno metodo za neodvisno meritev konstante in ne kažejo sprememb v enem delu na 30.000.
»Konstanta fine strukture določa moč elektromagnetne sile, ki vpliva na to, kako se atomi držijo skupaj in na ravni energije v atomu. Na neki ravni pomaga nastaviti lestvico vseh navadnih snovi, sestavljenih iz atomov, "je dejal Newman. "Ta ničelni rezultat pomeni, da teoretikom ni treba najti razlage, zakaj bi se toliko spremenil."
Konstanta fine strukture, označena z grško črko alfa, je razmerje drugih "konstant" narave, ki bi se v nekaterih teorijah lahko spremenile v kozmičnem času. Enako kvadratu naboja elektrona, deljenem s hitrostjo svetlobnih časov Planckove konstante, bi se alfa po eni od nedavnih teorij spremenila, le če bi se s časom spreminjala hitrost svetlobe. Nekatere teorije temne energije ali velika združitev, zlasti tiste, ki vključujejo številne dodatne dimenzije onkraj štirih prostora in časa, s katerimi smo že seznanjeni, napovedujejo postopno razvijanje konstante fine strukture, je dejal Newman.
DEEP2 je petletna raziskava galaksij, oddaljenih več kot 7 do 8 milijard svetlobnih let, katerih svetloba je bila s širjenjem vesolja raztegnjena ali prestavljena, da skoraj podvoji svojo prvotno valovno dolžino. Čeprav projekt sodelovanja, ki ga podpira Nacionalna znanstvena fundacija, ni bil zasnovan tako, da bi iskal spremembe v stalni strukturi fine strukture, je postalo jasno, da bo podmnožica doslej opaženih 40.000 galaksij služila temu namenu.
"V tej velikanski raziskavi se zdi, da je majhen del podatkov videti kot nalašč za odgovor na vprašanje, ki ga postavlja Jeff," je dejal glavni raziskovalec DEEP2 Marc Davis, profesor astronomije in fizike na UC Berkeley. "Ta raziskava je res splošnega pomena in bo služila milijon uporab."
Pred nekaj leti je astronom John Bahcall z Inštituta za napredne študije opozoril, da bi bilo pri iskanju sprememb konstante fine strukture, merjenje emisijskih vodov iz oddaljenih galaksij bolj neposredno in manj nagnjeno k napakam kot merilne absorpcijske črte. Newman je hitro spoznal, da so galaksije DEEP2, ki vsebujejo vodove emisij kisika, popolnoma primerne za natančno merjenje kakršnih koli sprememb.
"Ko se pojavijo protislovni rezultati, ko se začnejo prikazovati črte absorbcije, sem imel idejo, da, ker imamo vse te visoke rdeče premikajoče se galaksije, morda lahko storimo nekaj, ne z absorbcijskimi črtami, ampak z emisijskimi vodmi znotraj našega vzorca," je dejal Newman. "Emisijski vodi bi bili zelo malo drugačni, če bi se konstanta fine strukture spreminjala."
Podatki o DEEP2 so Newmanu in njegovim sodelavcem omogočili merjenje valovne dolžine emisijskih vodov ioniziranega kisika (OIII, torej kisika, ki je izgubil dva elektrona) do natančnosti, ki je boljša od 0,01 Angstroma od 5000 Angstromov. Angstrom, približno širina atoma vodika, je enak 10 nanometrov.
"To je natančnost, ki jo presegajo samo ljudje, ki poskušajo iskati planete," je dejal in navajal odkrivanje šibkih nihanja v zvezdah zaradi planetov, ki se vlečejo na zvezdo.
Ekipa DEEP2 je primerjala valovne dolžine dveh emisijskih vod OIII za 300 posameznih galaksij na različnih razdaljah ali rdečih premikih, in sicer od rdečega premika od približno 0,4 (približno 4 milijarde let nazaj) do 0,8 (približno 7 milijard let nazaj). Izmerjena konstanta fine strukture se ni razlikovala od današnje vrednosti, ki je približno 1/137. V tem obdobju 4 milijard let tudi ni bilo opaziti trenda naraščanja ali znižanja vrednosti alfe.
"Naš ničelni rezultat ni najbolj natančna meritev, ampak druga metoda (pogled na absorpcijske črte), ki daje natančnejše rezultate, vključuje sistematične napake, zaradi katerih različni ljudje, ki uporabljajo metodo, dosežejo različne rezultate," je dejal Newman.
Newman je na zasedanju APS objavil tudi javno objavo prve sezone podatkov (2002) iz raziskave DEEP2, ki predstavlja 10 odstotkov od 50.000 oddaljenih galaksij, ki jih ekipa upa raziskati. DEEP2 uporablja DEIMOS spektrograf na teleskopu Keck II na Havajih za snemanje rdečega premika, svetlosti in barvnega spektra teh oddaljenih galaksij, predvsem za primerjavo grozdov galaksij v primerjavi z zdaj. Raziskava, ki je zdaj že več kot 80 odstotkov, bi morala opažanja zaključiti letos poleti, s celotnim objavljanjem podatkov pa do leta 2007.
"To je res edinstven nabor podatkov, ki omejuje, kako so se razvijale galaksije in kako se je vesolje razvijalo skozi čas," je dejal Newman. „Sloan Digital Sky Survey izvaja meritve do približno 0,2-kratnega premika, gledano zadnjih 2-3 milijard let. Zares začnemo z rdečo premikjo 0,7 in največjo vrednostjo 0,8 ali 0,9, kar ustreza 7–8 milijardam let nazaj, času, ko je bilo vesolje na pol toliko starejše kot danes. «
Raziskava je prav tako zaključila meritve, ki bi lahko osvetlile naravo temne energije - skrivnostno energijo, ki prežema vesolje in se zdi, da se bo širitev vesolja pospešila. Skupina zdaj modelira različne teorije temne energije za primerjavo teoretičnih napovedi z novimi meritvami DEEP2.
Kot je pojasnil Davis, količina temne energije, ki je zdaj ocenjena na 70 odstotkov vse energije v vesolju, določa evolucijo galaksij in grozdov galaksij. S štetjem števila majhnih skupin in masivnih grozdov galaksije v oddaljenem volumnu prostora kot funkcijo njihovega rdečega premika in mase je mogoče izmeriti količino, s katero se je vesolje razširilo do današnjih dni, kar je odvisno od narave temne energije.
"V bistvu šteješ grozde in vprašaš:" Ali jih je veliko ali nekaj? ", Je rekel Davis. "To je vse, kar pomeni. Če je grozdov zelo malo, to pomeni, da se je vesolje precej razširilo. In če je veliko grozdov, se vesolje ni toliko razširilo. "
Davis trenutno primerja meritve DEEP2 s predvidevanji najpreprostejše teorije temne energije, vendar upa, da bo sodeloval z drugimi teoretiki, da bi preizkusil bolj eksotične teorije temne energije.
"V resnici poskušajo doseči, kako se spreminja gostota temne energije, ko se vesolje širi," je dejal teoretični fizik UC Berkeley Martin White, profesor astronomije in fizike, ki je sodeloval z Davisom. "Če je gostota temne energije Einsteinova kozmološka konstanta, potem teoretična napoved pomeni, da se ne spremeni. Zdaj sveti gral naj bi dobil nekaj dokazov, da to ni kozmološka stalnica, da se v resnici spreminja. "
Izvirni vir: UC Berkeley
