Teleskop Roberta C. Byrda Green Bank. Obrazový kredit: NRAO Kliknutím zvětšíte
Mezinárodní tým astronomů se podíval na něco velmi velkého – vzdálenou galaxii – aby studoval chování velmi malých věcí – atomů a molekul – aby získal zásadní vodítka o základní povaze celého našeho vesmíru. Tým použil teleskop Roberta C. Byrda Green Bank (GBT) od National Science Foundation, aby otestoval, zda se přírodní zákony změnily v obrovských rozpětích kosmického času.
„Očekává se, že základní fyzikální konstanty zůstanou pevné v prostoru a čase; proto se jim říká konstanty! Nyní však nové teoretické modely pro základní strukturu hmoty naznačují, že se mohou změnit. Testujeme tyto předpovědi.' řekl Nissim Kanekar, astronom z National Radio Astronomy Observatory (NRAO) v Socorru v Novém Mexiku.
Dosud měření vědců neukazují žádnou změnu konstant. „Některým změnám těchto konstant jsme dali dosud nejpřísnější limity, ale to není konec příběhu,“ řekl Christopher Carilli, další astronom NRAO.
'Toto je vzrušující hranice, kde se astronomie setkává s částicovou fyzikou,' vysvětlil Carilli. Výzkum může pomoci odpovědět na základní otázky, zda jsou základními složkami hmoty drobné částice nebo drobné vibrující struny, kolik má vesmír rozměrů a povaha „temné energie“.
Astronomové hledali změny ve dvou veličinách: v poměru hmotností elektronu a protonu a řada fyziků nazývá konstantu jemné struktury, kombinaci náboje elektronu, rychlosti světla a Planckovy konstanty.
Tyto hodnoty, považované za základní fyzikální konstanty, byly kdysi „brány jako časově nezávislé, s hodnotami danými jednou a navždy“, řekl německý částicový fyzik Christof Wetterich. Wetterich však vysvětlil, že „úhel pohledu na moderní částicovou teorii se v posledních letech změnil“ s myšlenkami, jako je teorie superstrun a další dimenze v časoprostoru, které volají po tom, aby se „konstanty“ v průběhu času měnily, řekl.
Astronomové použili GBT k detekci a studiu rádiových emisí na čtyřech specifických frekvencích mezi 1612 MHz a 1720 MHz pocházejících z hydroxylových (OH) molekul v galaxii vzdálené více než 6 miliard světelných let od Země, tedy zhruba v polovině vesmíru. aktuální věk. Každá ze čtyř frekvencí představuje specifickou změnu energetické hladiny molekuly.
Přesná frekvence emitovaná nebo absorbovaná, když molekula prochází přechodem z jedné energetické hladiny na druhou, závisí na hodnotách základních fyzikálních konstant. Každá ze čtyř studovaných frekvencí v molekule OH však bude reagovat odlišně na změnu konstant. Tento rozdíl se astronomové snažili detekovat pomocí GBT, který, vysvětlil Kanekar, je ideálním dalekohledem pro tuto práci kvůli svým technickým možnostem a umístění v národní rádiové zóně, kde je rádiové rušení minimální.
'Můžeme stanovit velmi přísné limity pro změny fyzikálních konstant studiem chování těchto molekul OH v době, kdy byl vesmír jen asi v polovině současného věku, a porovnáváním tohoto výsledku s tím, jak se molekuly chovají dnes v laboratoři.' řekl Karl Menten z Max-Planck Institute for Radioastronomy v Německu.
Wetterich, teoretik, vítá novou schopnost a říká, že metoda pozorování „se zdá velmi slibná k získání snad nejpřesnějších hodnot pro takové možné časové změny konstant“. Poukázal na to, že zatímco některé teoretické modely vyžadují, aby se konstanty měnily pouze v raných okamžicích po Velkém třesku, modely nedávno objevené tajemné „temné energie“, která, jak se zdá, urychluje expanzi vesmíru, vyžadují změny „dokonce za posledních několik miliard let.'
'Pouze pozorování mohou říci,' řekl.
Tento výzkum spojuje teoretickou a pozorovací práci Wettericha a Carilliho, letošních vítězů prestižní Ceny Maxe Plancka za výzkum Nadace Alexandra von Humboldta a Společnosti Maxe Plancka v Německu. Menten a Carilli spolupracují na výzkumu v této oblasti léta a Kanekar je průkopníkem molekulární techniky OH.
Kanekar, Carilli a Menten spolupracovali s Glenem Langstonem z NRAO, Gracou Rochou z Cavendish Laboratory ve Spojeném království, Francoise Combes z Pařížské observatoře, Ravim Subrahmanyanem z Australia Telescope National Facility (ATNF), Johnem Stockem z University of Colorado, Frank Briggs z ATNF a Australské národní univerzity a Tommy Wiklind z Space Telescope Science Institute ve Švédsku. Vědci o svých zjištěních informovali ve vydání vědeckého časopisu Physical Review Letters z 31. prosince.
National Radio Astronomy Observatory je zařízení National Science Foundation, provozované na základě dohody o spolupráci Associated Universities, Inc.
Původní zdroj: Tisková zpráva NRAO