Фундаментальне число, яке впливає на колір світла, випромінюваного атомами, а також на всі хімічні взаємодії не змінилося протягом більше ніж 7 мільярдів років, згідно зі спостереженнями групи астрономів, що склали графік еволюції галактик і Всесвіту.
Про результати повідомляється сьогодні (понеділок, 18 квітня) на щорічній зустрічі Американського фізичного товариства (APS) астрономом Джефрі Ньюменом, науковим співробітником Хаббла в Національній лабораторії Лоуренса Берклі, що представляє DEEP2, співпрацю під керівництвом Каліфорнійського університету, Берклі і UC Санта-Крус. Ньюмен представляє дані та оновлення проекту DEEP2 о 13:00. Прес-конференція EDT в готелі Marriott Waterside в Тампа, штат Флорида.
Константа тонкої структури, одна з жменьки чистих чисел, що займають центральну роль у фізиці, спливає майже у всіх рівняннях, що стосуються електрики та магнетизму, включаючи ті, що описують випромінювання електромагнітних хвиль - світла - атомами. Незважаючи на свою фундаментальну природу, деякі теоретики припускають, що вона змінюється тонко у міру старіння Всесвіту, відображаючи зміну притягання між атомним ядром та електронами, що гудуть навколо нього.
За останні кілька років група австралійських астрономів повідомила, що константа збільшилася протягом життя Всесвіту приблизно на одну частину на 100 000, грунтуючись на її вимірюваннях поглинання світла від далеких квазарів, коли світло проходить через галактики ближче до нас. Однак інші астрономи не виявили такої зміни за допомогою тієї ж методики.
Нові спостереження групи обстеження DEEP2 використовують більш прямий метод, щоб забезпечити незалежну оцінку константи і не виявити змін в межах однієї частини в 30 000.
«Константа тонкої структури визначає силу електромагнітної сили, яка впливає на те, як атоми тримаються разом, і рівні енергії в атомі. На деякому рівні це допомагає встановити масштаб всього звичайного речовини, що складається з атомів », - сказав Ньюмен. "Цей нульовий результат означає, що теоретикам не потрібно знаходити пояснення, чому це так зміниться".
Константа тонкої структури, позначена грецькою буквою альфа, є співвідношенням інших "констант" природи, які в деяких теоріях можуть змінюватися протягом космічного часу. Дорівнює квадрату заряду електрона, поділеної на швидкість світлового часу постійної Планка, альфа, відповідно до однієї недавньої теорії, змінюється, лише якщо швидкість світла з часом змінювалася. Деякі теорії темної енергії або грандіозного об'єднання, зокрема ті, що передбачають багато зайвих вимірів за межами чотирьох простору та часу, з якими ми знайомі, прогнозують поступове еволюцію постійної структури тонкої структури, сказав Ньюмен.
DEEP2 - це п'ятирічне обстеження галактик, віддалених від 7 до 8 мільярдів світлових років, світло яких було розтягнуто або змінено майже до подвоєння своєї початкової довжини хвилі за рахунок розширення Всесвіту. Незважаючи на те, що спільний проект, який підтримується Національним науковим фондом, не був розроблений, щоб шукати змін константи тонкої структури, стало зрозуміло, що підмножині з 40000 галактик, що спостерігалися до цього часу, будуть служити цій меті.
"У цьому гігантському опитуванні виявляється, що невелика частина даних здається ідеальною для відповіді на запитання, яку задає Джефф", - сказав головний дослідник DEEP2 Марк Девіс, професор астрономії та фізики в УК Берклі. "Це опитування справді є загальним призначенням і буде слугувати мільйонам використання".
Кілька років тому астроном Джон Баккалл з Інституту удосконалених досліджень вказував, що при пошуку варіацій константи тонкої структури вимірювання ліній викидів від далеких галактик буде більш прямим і менш схильним до помилок, ніж вимірювальні лінії поглинання. Ньюмен швидко зрозумів, що галактики DEEP2, що містять лінії викидів кисню, цілком підходять для точного вимірювання будь-яких змін.
"Коли суперечливі результати починають з'являтися лінії поглинання, у мене виникла думка, що, оскільки у нас є всі ці високі галактики червоного зміщення, можливо, ми можемо щось зробити не з лініями поглинання, а з лініями викидів у межах нашого зразка", - сказав Ньюмен. "Емісійні лінії будуть дещо відрізнятися, якби змінювалася константа тонкої структури".
Дані DEEP2 дозволили Ньюмену та його колегам виміряти довжину хвилі ліній випромінювання іонізованого кисню (OIII, тобто кисню, який втратив два електрони) з точністю, що перевищує 0,01 ангстрем з 5000 ангстрем. Ангстрем, приблизно ширина атома водню, еквівалентний 10 нанометрів.
"Це точність, яку перевершують лише люди, які намагаються шукати планети", - сказав він, маючи на увазі виявлення слабких коливань у зірках через планет, що тягнуться до зірки.
Команда DEEP2 порівняла довжину хвиль двох ліній випромінювання OIII для 300 окремих галактик на різних відстанях або червоних змінах, починаючи від червоного зміщення приблизно 0,4 (приблизно 4 мільярди років тому) до 0,8 (близько 7 мільярдів років тому). Виміряна константа тонкої структури не відрізнялася від сьогоднішньої величини, яка становить приблизно 1/137. Не спостерігалося також зростання або зменшення вартості альфи протягом цього 4-мільярдного року.
"Наш нульовий результат - це не найточніше вимірювання, але інший метод (дивлячись на лінії поглинання), який дає більш точні результати, передбачає систематичні помилки, через які різні люди, використовуючи метод, приходять до різних результатів", - сказав Ньюмен.
На засіданні APS Ньюмен також оголосив про публічний випуск даних першого сезону (2002) з опитування DEEP2, який представляє 10 відсотків із 50 000 віддалених галактик, які команда сподівається оглянути. DEEP2 використовує спектрограф DEIMOS на телескопі Keck II на Гаваях для запису червоного зміщення, яскравості та спектру кольорів цих далеких галактик, насамперед для порівняння кластеризації галактик та порівняно з нині. Опитування, яке зараз завершено понад 80 відсотків, має закінчити спостереження цього літа, з повним оприлюдненням даних до 2007 року.
"Це дійсно унікальний набір даних, який обмежує як еволюціонували галактики, так і те, як Всесвіт розвивалася з часом", - сказав Ньюмен. «Sloan Digital Sky Survey проводить вимірювання приблизно до кращого зміщення 0,2, оглядаючись останні 2-3 мільярди років. Ми дійсно починаємо з червоного зміщення 0,7 і пік в 0,8 або 0,9, що еквівалентно 7-8 мільярдів років тому, час, коли Всесвіт була вдвічі старшою, ніж сьогодні ».
Опитування також завершило вимірювання, які могли пролити світло на природу темної енергії - таємнича енергія, яка пронизує Всесвіт, і, здається, викликає прискорення розширення Всесвіту. Зараз команда моделює різні теорії темної енергії для порівняння теоретичних прогнозів з новими вимірюваннями DEEP2.
Як пояснив Девіс, кількість темної енергії, яка зараз оцінюється як 70 відсотків всієї енергії у Всесвіті, визначає еволюцію галактик та скупчень галактик. Підраховуючи кількість малих груп та масивних скупчень галактик у віддаленому об’ємі простору як функцію їх червоного зміщення та маси, можна виміряти величину, на яку Всесвіт розширився до сьогодні, що залежить від природи темної енергії.
"В основному, ви рахуєте кластери і запитуєте:" Чи багато, чи кілька? ", - сказав Дейвіс. "Це все, що становить. Якщо кластерів дуже мало, це означає, що Всесвіт розширилася досить дороги. І якщо є багато кластерів, Всесвіт розширилася не так сильно. "
Зараз Девіс порівнює вимірювання DEEP2 з прогнозами найпростішої теорії темної енергії, але сподівається співпрацювати з іншими теоретиками для тестування більш екзотичних теорій темної енергії.
"Те, що вони насправді намагаються досягти, - це те, як змінюється щільність темної енергії в міру розширення Всесвіту", - сказав теоретичний фізик UC Berkeley Мартін Уайт, професор астрономії та фізики, який працював з Девісом. "Якщо щільність темної енергії - космологічна константа Ейнштейна, то теоретичне передбачення полягає в тому, що вона не змінюється. Сьогодні святий Грааль повинен отримати деякі докази того, що це не космологічна константа, а вона насправді змінюється ».
Оригінальне джерело: UC Berkeley
