Et ærværdigt radioteleskop sætter ny standard for universalkonstant

Cirka 150 timers observationstid på 1, 000 ft radioteleskop ved Arecibo-observatoriet i Puerto Rico i løbet af de sidste mange år er blevet afsat til at afgøre, om den mest grundlæggende konstant i fysik virkelig er konstant.

Målet er den såkaldte fine struktur konstant, normalt kendt som alfa, som beskriver den elektromagnetiske interaktion mellem elementære ladede partikler. Dens værdi er afgørende for at forstå arten af ​​atomspektre, hvilket igen gør det muligt for astronomer at måle radialhastigheden af ​​galakser, hvorfra disse spektrale linjer observeres. Sådanne observationer førte til opdagelsen af, at galakser ser ud til at trække sig tilbage fra hinanden med hastigheder, der stiger med afstanden mellem dem. Dette er en manifestation af universets ekspansion efter Big Bang.

Vores nuværende model for udvidelse og acceleration af universet afhænger af antagelsen om, at hverken alfa eller mu, proton-til-elektronmasseforholdet, har ændret sig med tiden. Denne antagelse er nøglen til vores nuværende forståelse af universets alder. Men hvad nu hvis alfa ændrer sig med tiden? Så skulle vores viden om afstanden mellem galakser eller universets alder revideres.

Arecibo -teleskopet er for nylig blevet brugt til at sætte en ny grænse for, hvor konstante tingene er. Selvom de nyeste data tyder på, at der kan være en lille ændring i alfa, det er stadig for tidligt at være sikker. Med en usikkerhed om måling af omkring en del i en million, det er endnu ikke tid til at fejre, ej heller at lindre et suk.

Arecibo -observationer er blevet udført af Nissim Kanekar og Jayaram Chengalur fra National Center for Radio Astrophysics i Indien, og Tapasi Ghosh, en Universities Space Research Association (USRA) astronom ved Arecibo Observatory. Deres eksperiment gør brug af en fantastisk overensstemmelse mellem kosmiske omstændigheder, der involverer kvasar PKS 1413+135, som ligger cirka 3 milliarder lysår væk. Foran den kvasar, og sandsynligvis omkring sin radio-lyse kerne, er en sky af OH -molekyler (OH er også kendt som hydroxyl).

De atomare egenskaber ved hydroxyl er ekstremt velkendte fra laboratorie- og teoretiske undersøgelser. OH -skyen i Arecibo -eksperimentet observeres i to spektrale linjer, den ene ved 1612 MHz og den anden ved 1720 MHz. Det usædvanlige er, at den ene af linjerne (1612) ses i absorption og den anden (1720) i emission. Disse linjer siges at være konjugerede, det er, de er spejlbilleder af hinanden, som sikrer, at de stammer fra den samme gassky.

Dette er en afgørende faktor for at reducere systematiske usikkerheder ved måling af alfa. Fra Arecibo -spektrene, vi kan måle den observerede frekvensforskel mellem de to linjer og sammenligne det med laboratorieresultaterne. Fordi denne kvasar ses som det var 3 milliarder år tidligere, og vores laboratorium er i nutiden, vi kan bestemme, hvor virkelig konstant alfa er over tid.

Den 150-timers integration på Arecibo gør det muligt at sammenligne de to spektrale linjer med meget høj nøjagtighed. Resultatet indebærer, at alfa ikke er ændret med mere end 1,3 dele på en million, i disse 3 milliarder år.

For at gøre målingerne endnu mere præcise ville det kræve enten mere teleskoptid eller heldet med at finde en mere fjern kvasar med en lignende OH -sky i sit nabolag. For eksempel, at forbedre nøjagtigheden med en faktor 10 ville kræve 100 gange mere observationstid, end der allerede er afsat til projektet. Det er ikke en realistisk mulighed.

"Vi håber, at nuværende søgninger efter flere kvasarkandidater, der viser de nødvendige OH -linjer, vil lykkes, "bemærkede Dr. Tapasi Ghosh." Disse kunne give endnu strammere begrænsninger for eventuelle variationer af denne atomkonstant. "

Indtil da, Arecibo -målingen er den nye guldstandard for at definere, hvor sikre vi er på, at en fysisk nøglekonstant - en konstant, der angiver universets størrelse og skala - virkelig er konstant.