Podle pozorování týmu astronomů mapujících vývoj galaxií a vesmíru se základní číslo, které ovlivňuje barvu světla emitovaného atomy, jakož i všechny chemické interakce, nezměnilo za více než 7 miliard let.
Výsledky jsou zveřejňovány dnes (pondělí 18. dubna) na výročním zasedání Americké fyzické společnosti (APS) astronomem Jeffrey Newmanem, Hubble Fellow v Lawrence Berkeley National Laboratory zastupující DEEP2, spolupráci vedenou Kalifornskou univerzitou v Berkeley a UC Santa Cruz. Newman představuje data a aktualizaci projektu DEEP2 ve 13:00. EDT tisková konference v hotelu Marriott Waterside v Tampě, Fla.
Konstanta jemné struktury, jedna z mála čistých čísel, která zaujímají ústřední roli ve fyzice, se objevuje téměř ve všech rovnicích zahrnujících elektřinu a magnetismus, včetně těch, které popisují emisi elektromagnetických vln - světlo - atomy. Přes jeho základní povahu, nicméně, někteří teoretici navrhli, že to se mění jemně jak vesmír stárne, odrážet změnu v přitažlivosti mezi atomovým jádrem a elektrony bzučení kolem toho.
Během posledních několika let skupina australských astronomů uvedla, že konstanta se během života vesmíru zvýšila asi o jednu část na 100 000, na základě měření absorpce světla ze vzdálených kvasarů, když světlo prochází galaxiemi blíže nám. Ostatní astronomové však nenašli žádnou takovou změnu pomocí stejné techniky.
Nová pozorování průzkumného týmu DEEP2 používají přímější metodu k zajištění nezávislého měření konstanty a nevykazují žádnou změnu v rámci jedné části z 30 000.
„Konstanta jemné struktury určuje sílu elektromagnetické síly, která ovlivňuje to, jak atomy drží pohromadě a energetické hladiny v atomu. Na určité úrovni to pomáhá nastavit měřítko všech obyčejných látek tvořených atomy, “řekl Newman. "Tento nulový výsledek znamená, že teoretici nemusí hledat vysvětlení, proč by se to tolik změnilo."
Konstanta jemné struktury, označená řeckým písmenem alfa, je poměrem jiných „konstant“ přírody, které se v některých teoriích mohou měnit v kosmickém čase. Stejně jako čtverec náboje elektronu dělený rychlostí světelných časů Planckovy konstanty, alfa by se podle jedné nedávné teorie změnilo, pouze pokud by se rychlost světla v průběhu času měnila. Některé teorie temné energie nebo velkého sjednocení, zejména ty, které zahrnují mnoho dalších dimenzí mimo čtyři prostoru a času, které známe, předpovídají postupný vývoj konstanty jemné struktury, řekl Newman.
DEEP2 je pětiletý průzkum galaxií vzdálených více než 7 až 8 miliard světelných let, jejichž světlo bylo nataženo nebo redshiftováno tak, aby se díky rozšíření vesmíru téměř zdvojnásobilo původní vlnové délky. Ačkoli projekt spolupráce, podporovaný Národní vědeckou nadací, nebyl navržen tak, aby hledal změny v konstantě jemné struktury, bylo jasné, že tomuto účelu bude sloužit podmnožina dosud pozorovaných 40 000 galaxií.
"V tomto gigantickém průzkumu se ukazuje, že malá část údajů se zdá být perfektní pro zodpovězení otázky Jeffova dotazu," řekl hlavní vyšetřovatel DEEP2 Marc Davis, profesor astronomie a fyziky na UC Berkeley. "Tento průzkum je opravdu obecný účel a bude sloužit milionu použití."
Před několika lety astronom John Bahcall z Institutu pro pokročilé studium poukázal na to, že při hledání změn konstanty jemné struktury by měření emisních čar ze vzdálených galaxií bylo přímější a méně náchylné k chybám než měření absorpčních linií. Newman si rychle uvědomil, že galaxie DEEP2 obsahující vedení emisí kyslíku byly dokonale vhodné pro přesné měření jakékoli změny.
"Když si protirečivé výsledky vyplynou z toho, že se začínají objevovat absorpční linie, měl jsem představu, že vzhledem k tomu, že máme všechny tyto galaxie s vysokým redshiftem, možná můžeme udělat něco ne s absorpčními linkami, ale s emisními liniemi v našem vzorku," řekl Newman. "Emisní linie by se velmi mírně lišily, kdyby se změnila konstanta jemné struktury."
Data DEEP2 umožnila Newmanovi a jeho kolegům měřit vlnovou délku emisních linií ionizovaného kyslíku (OIII, tj. Kyslík, který ztratil dva elektrony), s přesností lepší než 0,01 Angstromů z 5 000 Angstromů. Angstrom, asi šířka atomu vodíku, odpovídá 10 nanometrům.
"To je přesnost, kterou překonali pouze lidé, kteří se snažili hledat planety," uvedl s odkazem na detekci slabých vln ve hvězdách způsobených planetami, které na hvězdu tahaly.
Tým DEEP2 porovnával vlnové délky dvou emisních linií OIII pro 300 jednotlivých galaxií v různých vzdálenostech nebo červených směrech, od červeného posunu přibližně 0,4 (přibližně před 4 miliardami let) do 0,8 (před přibližně 7 miliardami let). Naměřená konstanta jemné struktury se nelišila od dnešní hodnoty, která je přibližně 1/137. Během tohoto období 4 miliard let nedošlo ani k žádnému vzestupnému ani sestupnému trendu hodnoty alfa.
"Náš nulový výsledek není nejpřesnější měření, ale jiná metoda (při pohledu na absorpční linie), která dává přesnější výsledky, zahrnuje systematické chyby, které způsobují, že různí lidé používající tuto metodu přicházejí s různými výsledky," řekl Newman.
Newman také oznámil na zasedání APS veřejné zveřejnění první sezóny dat (2002) z průzkumu DEEP2, což představuje 10 procent z 50 000 vzdálených galaxií, které tým doufá. DEEP2 používá spektrograf DEIMOS na dalekohledu Keck II na Havaji k zaznamenání červeného posunu, jasu a barevného spektra těchto vzdálených galaxií, především k porovnání pak shlukování galaxií oproti současnosti. Průzkum, který je nyní dokončen více než 80 procenty, by měl dokončit pozorování letos v létě s úplným zveřejněním údajů do roku 2007.
"Toto je opravdu jedinečný soubor dat, který omezuje vývoj galaxií i vývoj vesmíru v čase," řekl Newman. „Sloan Digital Sky Survey provádí měření přibližně na Redshift 0,2 a ohlédne se za poslední 2-3 miliardy let. Skutečně začneme s redshift 0,7 a vrcholem 0,8 nebo 0,9, což odpovídá 7–8 miliardám let, v době, kdy byl vesmír napůl starý jako dnes. “
Průzkum také dokončil měření, která by mohla vrhnout světlo na povahu temné energie - tajemná energie, která prostupuje vesmírem a zdá se, že způsobuje zrychlení expanze vesmíru. Tým nyní modeluje různé teorie temné energie pro porovnání teoretických předpovědí s novými měřeními DEEP2.
Jak Davis vysvětlil, množství temné energie, nyní odhadované na 70 procent veškeré energie ve vesmíru, určuje vývoj galaxií a shluků galaxií. Počítáním počtu malých skupin a masivních shluků galaxií ve vzdáleném objemu prostoru v závislosti na jejich červeném posunu a hmotnosti je možné změřit množství, o které se vesmír rozšířil do současnosti, což závisí na povaze temné energie.
"V zásadě počítáš shluky a ptáš se:" Je jich hodně nebo málo? "Řekl Davis. "To je všechno. Pokud existuje jen velmi málo shluků, znamená to, že vesmír se docela rozšířil. A pokud existuje spousta shluků, vesmír se příliš nerozbalil. “
Davis v současné době porovnává měření DEEP2 s předpovědi nejjednodušší teorie temné energie, ale doufá, že bude spolupracovat s dalšími teoretiky, aby otestoval exotičtější teorie temné energie.
"Ve skutečnosti se snaží dosáhnout toho, jak se hustota temné energie mění, jak se vesmír rozšiřuje," řekl teoretický fyzik UC Berkeley Martin White, profesor astronomie a fyziky, který pracoval s Davisem. "Pokud je hustota temné energie Einsteinovou kosmologickou konstantou, pak je teoretická predikce taková, že se nemění." Svatým grálem je nyní získat nějaké důkazy, že to není kosmologická konstanta, že se ve skutečnosti mění. “
Původní zdroj: UC Berkeley
