Ένας θεμελιώδης αριθμός που επηρεάζει το χρώμα του φωτός που εκπέμπεται από τα άτομα καθώς και όλες οι χημικές αλληλεπιδράσεις δεν έχει αλλάξει σε περισσότερα από 7 δισεκατομμύρια χρόνια, σύμφωνα με παρατηρήσεις μιας ομάδας αστρονόμων που απεικονίζουν την εξέλιξη των γαλαξιών και του σύμπαντος.
Τα αποτελέσματα αναφέρονται σήμερα (Δευτέρα, 18 Απριλίου) στην ετήσια συνάντηση της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας (APS) από τον αστρονόμο Τζέφρι Νιούμαν, συνεργάτη του Χαμπλ στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley που εκπροσωπεί το DEEP2, μια συνεργασία με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ και UC Santa Cruz. Ο Newman παρουσιάζει τα δεδομένα και μια ενημέρωση για το έργο DEEP2 στις 1 μ.μ. Συνέντευξη τύπου EDT στο Marriott Waterside Hotel στην Τάμπα της Φλόριντα.
Η σταθερά λεπτής δομής, μία από τις χούφτες καθαρών αριθμών που κατέχουν κεντρικό ρόλο στη φυσική, εμφανίζεται σε όλες σχεδόν τις εξισώσεις που περιλαμβάνουν ηλεκτρισμό και μαγνητισμό, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που περιγράφουν την εκπομπή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων - φως - από άτομα. Παρά τη θεμελιώδη φύση του, ωστόσο, ορισμένοι θεωρητικοί έχουν προτείνει ότι αλλάζει απαλά καθώς το σύμπαν μεγαλώνει, αντικατοπτρίζοντας μια αλλαγή στην έλξη μεταξύ του ατομικού πυρήνα και των ηλεκτρονίων που βρισκόταν γύρω του.
Τα τελευταία χρόνια, μια ομάδα Αυστραλών αστρονόμων ανέφερε ότι η σταθερά έχει αυξηθεί κατά τη διάρκεια ζωής του σύμπαντος κατά περίπου ένα μέρος στα 100.000, με βάση τις μετρήσεις της απορρόφησης του φωτός από μακρινά κβάζαρ καθώς το φως περνάει από τους γαλαξίες πιο κοντά σε εμάς. Άλλοι αστρονόμοι, ωστόσο, δεν βρήκαν τέτοια αλλαγή χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνική.
Οι νέες παρατηρήσεις της ερευνητικής ομάδας DEEP2 χρησιμοποιούν μια πιο άμεση μέθοδο για να παρέχουν ένα ανεξάρτητο μέτρο της σταθεράς και δεν δείχνουν καμία αλλαγή σε ένα μέρος στα 30.000.
«Η σταθερά λεπτής δομής ορίζει την ισχύ της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης, η οποία επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο τα άτομα συγκρατούνται και τα επίπεδα ενέργειας εντός ενός ατόμου. Σε κάποιο επίπεδο, βοηθάει στον καθορισμό της κλίμακας όλων των συνηθισμένων υλών που αποτελούνται από άτομα », δήλωσε ο Newman. "Αυτό το μηδενικό αποτέλεσμα σημαίνει ότι οι θεωρητικοί δεν χρειάζεται να βρουν μια εξήγηση για το γιατί θα άλλαζε τόσο πολύ."
Η σταθερά λεπτής δομής, που ορίζεται από το ελληνικό γράμμα άλφα, είναι μια αναλογία άλλων «σταθερών» της φύσης που, σε ορισμένες θεωρίες, θα μπορούσαν να αλλάξουν με τον κοσμικό χρόνο. Ίδιο με το τετράγωνο του φορτίου του ηλεκτρονίου διαιρούμενο με την ταχύτητα των χρόνων φωτός της σταθεράς του Planck, το άλφα θα άλλαζε, σύμφωνα με μια πρόσφατη θεωρία, μόνο εάν η ταχύτητα του φωτός άλλαζε με την πάροδο του χρόνου. Ορισμένες θεωρίες σκοτεινής ενέργειας ή μεγάλης ενοποίησης, ιδίως εκείνες που περιλαμβάνουν πολλές επιπλέον διαστάσεις πέρα από τα τέσσερα του χώρου και του χρόνου με τα οποία είμαστε εξοικειωμένοι, προβλέπουν μια σταδιακή εξέλιξη της σταθεράς της λεπτής δομής, δήλωσε ο Newman.
Το DEEP2 είναι μια πενταετής έρευνα για τους γαλαξίες που ξεπερνούν τα 7 έως 8 δισεκατομμύρια έτη φωτός, των οποίων το φως έχει απλωθεί ή μετατοπιστεί για να διπλασιάσει σχεδόν το αρχικό του μήκος κύματος με την επέκταση του σύμπαντος. Αν και το συνεργατικό έργο, υποστηριζόμενο από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, δεν σχεδιάστηκε για να αναζητήσει παραλλαγές στη σταθερά λεπτής δομής, έγινε σαφές ότι ένα υποσύνολο των 40.000 γαλαξιών που έχουν παρατηρηθεί μέχρι στιγμής θα εξυπηρετούσε αυτόν τον σκοπό.
«Σε αυτήν τη γιγαντιαία έρευνα, αποδεικνύεται ότι ένα μικρό μέρος των δεδομένων φαίνεται να είναι τέλειο για να απαντήσει στην ερώτηση που θέτει ο Τζεφ», δήλωσε ο κύριος ερευνητής της DEEP2 Marc Davis, καθηγητής αστρονομίας και φυσικής στο UC Berkeley. "Αυτή η έρευνα είναι πραγματικά γενικός σκοπός και θα εξυπηρετήσει ένα εκατομμύριο χρήσεις."
Πριν από αρκετά χρόνια, ο αστρονόμος John Bahcall του Ινστιτούτου Προηγμένης Μελέτης επεσήμανε ότι, κατά την αναζήτηση παραλλαγών στη σταθερά λεπτής δομής, η μέτρηση των γραμμών εκπομπών από απομακρυσμένους γαλαξίες θα ήταν πιο άμεση και λιγότερο επιρρεπής σε σφάλματα που μετρά τις γραμμές απορρόφησης. Ο Newman συνειδητοποίησε γρήγορα ότι οι γαλαξίες DEEP2 που περιέχουν γραμμές εκπομπής οξυγόνου ήταν απόλυτα κατάλληλοι για να παρέχουν ένα ακριβές μέτρο οποιασδήποτε αλλαγής.
«Όταν τα αντιφατικά αποτελέσματα από τις γραμμές απορρόφησης αρχίζουν να εμφανίζονται, είχα την ιδέα ότι, δεδομένου ότι έχουμε όλους αυτούς τους υψηλούς γαλαξίες με κόκκινη μετατόπιση, ίσως μπορούμε να κάνουμε κάτι όχι με γραμμές απορρόφησης, αλλά με γραμμές εκπομπών στο δείγμα μας», δήλωσε ο Newman. "Οι γραμμές εκπομπών θα ήταν πολύ ελαφρώς διαφορετικές αν αλλάξει η σταθερά της λεπτής δομής."
Τα δεδομένα DEEP2 επέτρεψαν στον Newman και τους συναδέλφους του να μετρήσουν το μήκος κύματος των γραμμών εκπομπών ιονισμένου οξυγόνου (OIII, δηλαδή οξυγόνου που έχει χάσει δύο ηλεκτρόνια) με ακρίβεια καλύτερη από 0,01 Angstroms από 5.000 Angstroms. Ένα Angstrom, περίπου το πλάτος ενός ατόμου υδρογόνου, είναι ισοδύναμο με 10 νανόμετρα.
«Αυτή είναι μια ακρίβεια που ξεπερνά μόνο οι άνθρωποι που προσπαθούν να αναζητήσουν πλανήτες», είπε, αναφερόμενος στην ανίχνευση αχνών ταλαντώσεων στα αστέρια λόγω των πλανητών που τραβούν το αστέρι.
Η ομάδα DEEP2 συνέκρινε τα μήκη κύματος δύο γραμμών εκπομπών OIII για 300 μεμονωμένους γαλαξίες σε διάφορες αποστάσεις ή ερυθρές μετατοπίσεις, που κυμαίνονται από μια κόκκινη μετατόπιση περίπου 0,4 (περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν) έως 0,8 (περίπου 7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν). Η μετρούμενη σταθερή λεπτή δομή δεν διέφερε από τη σημερινή τιμή, η οποία είναι περίπου 1/137. Επίσης, δεν υπήρχε ανοδική ή πτωτική τάση στην τιμή του άλφα κατά τη διάρκεια αυτής της χρονικής περιόδου 4 δισεκατομμυρίων ετών.
"Το μηδενικό αποτέλεσμα δεν είναι η πιο ακριβής μέτρηση, αλλά μια άλλη μέθοδος (κοιτάζοντας τις γραμμές απορρόφησης) που δίνει πιο ακριβή αποτελέσματα περιλαμβάνει συστηματικά σφάλματα που προκαλούν διαφορετικά άτομα που χρησιμοποιούν τη μέθοδο να βρουν διαφορετικά αποτελέσματα", δήλωσε ο Newman.
Ο Newman ανακοίνωσε επίσης στη συνάντηση του APS τη δημοσίευση της πρώτης σεζόν δεδομένων (2002) από την έρευνα DEEP2, η οποία αντιπροσωπεύει το 10% των 50.000 απομακρυσμένων γαλαξιών που η ομάδα ελπίζει να πραγματοποιήσει έρευνα. Το DEEP2 χρησιμοποιεί το φασματογράφημα DEIMOS στο τηλεσκόπιο Keck II στη Χαβάη για να καταγράψει την κόκκινη μετατόπιση, τη φωτεινότητα και το φάσμα χρωμάτων αυτών των μακρινών γαλαξιών, κυρίως για να συγκρίνει τη συσσώρευση γαλαξιών με αυτήν τώρα. Η έρευνα, που έχει πλέον ολοκληρωθεί περισσότερο από 80 τοις εκατό, θα πρέπει να ολοκληρώσει τις παρατηρήσεις φέτος το καλοκαίρι, με πλήρη κυκλοφορία δεδομένων έως το 2007.
"Αυτό είναι πραγματικά ένα μοναδικό σύνολο δεδομένων για τον περιορισμό τόσο του πώς εξελίχθηκαν οι γαλαξίες όσο και του πώς το σύμπαν εξελίχθηκε με την πάροδο του χρόνου", δήλωσε ο Newman. «Το Sloan Digital Sky Survey κάνει μετρήσεις σε περίπου redshift 0,2, κοιτάζοντας πίσω τα τελευταία 2-3 δισεκατομμύρια χρόνια. Αρχίζουμε πραγματικά στο redshift 0,7 και φτάνουμε στο 0,8 ή 0,9, που ισοδυναμεί με 7-8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, μια εποχή που το σύμπαν ήταν μισό τόσο παλιό όσο είναι σήμερα. "
Η έρευνα έχει επίσης ολοκληρώσει μετρήσεις που θα μπορούσαν να ρίξουν φως στη φύση της σκοτεινής ενέργειας - μια μυστηριώδη ενέργεια που διαπερνά το σύμπαν και φαίνεται να προκαλεί την επιτάχυνση της επέκτασης του σύμπαντος. Η ομάδα μοντελοποιεί τώρα διάφορες θεωρίες σκοτεινής ενέργειας για να συγκρίνει τις θεωρητικές προβλέψεις με τις νέες μετρήσεις DEEP2.
Όπως το εξήγησε ο Ντέιβις, η ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας, που τώρα εκτιμάται ότι είναι το 70 τοις εκατό της συνολικής ενέργειας στο σύμπαν, καθορίζει την εξέλιξη των γαλαξιών και των ομάδων των γαλαξιών. Μετρώντας τον αριθμό των μικρών ομάδων και των μαζικών ομάδων γαλαξιών σε έναν μακρινό όγκο χώρου σε συνάρτηση με την κόκκινη μετατόπιση και τη μάζα τους, είναι δυνατόν να μετρηθεί η ποσότητα με την οποία το σύμπαν έχει επεκταθεί μέχρι σήμερα, το οποίο εξαρτάται από τη φύση σκοτεινής ενέργειας.
«Βασικά, μετράτε τις συστάδες και ρωτάτε,« Υπάρχουν πολλά ή λίγα; »» είπε ο Ντέιβις. "Αυτό είναι όλο. Εάν υπάρχουν πολύ λίγα σμήνη, αυτό σημαίνει ότι το σύμπαν επεκτάθηκε αρκετά. Και αν υπάρχουν πολλές συστάδες, το σύμπαν δεν επεκτάθηκε τόσο πολύ. "
Ο Davis συγκρίνει επί του παρόντος τις μετρήσεις DEEP2 με προβλέψεις της απλούστερης θεωρίας της σκοτεινής ενέργειας, αλλά ελπίζει να συνεργαστεί με άλλους θεωρητικούς για να δοκιμάσει πιο εξωτικές θεωρίες σκοτεινής ενέργειας.
«Αυτό που πραγματικά προσπαθούν να καταλάβουν είναι πώς η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας αλλάζει καθώς το σύμπαν επεκτείνεται», δήλωσε ο θεωρητικός φυσικός UC Berkeley Martin White, καθηγητής αστρονομίας και φυσικής που έχει συνεργαστεί με τον Davis. «Εάν η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας είναι η κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν, τότε η θεωρητική πρόβλεψη είναι ότι δεν αλλάζει. Το ιερό δισκοπότηρο τώρα είναι να πάρει κάποιες ενδείξεις ότι δεν είναι η κοσμολογική σταθερά, ότι στην πραγματικότητα αλλάζει ».
Αρχική πηγή: UC Berkeley
