La chiave del processo di modellistica astronomica attraverso il quale gli scienziati tentano di comprendere il nostro universo è una conoscenza completa dei valori che compongono questi modelli. Questo generalmente sembra un buon presupposto poiché i modelli spesso producono immagini per lo più accurate del nostro universo. Ma per sicurezza, agli astronomi piace assicurarsi che queste costanti non siano variate nello spazio o nel tempo. Accertarsi, tuttavia, è una sfida difficile. Fortunatamente, un recente articolo ha suggerito che potremmo essere in grado di esplorare le masse fondamentali di protoni ed elettroni (o almeno il loro rapporto) osservando la molecola relativamente comune di metanolo.
Il nuovo rapporto si basa sui complessi spettri della molecola di metano. In atomi semplici, i fotoni sono generati dalle transizioni tra orbitali atomici poiché non hanno altro modo per immagazzinare e tradurre energia. Ma con le molecole, i legami chimici tra gli atomi componenti possono immagazzinare l'energia in modi vibrazionali allo stesso modo in cui le masse collegate alle molle possono vibrare. Inoltre, le molecole mancano di simmetria radiale e possono immagazzinare energia mediante rotazione. Per questo motivo, gli spettri delle stelle fredde mostrano molte più linee di assorbimento rispetto a quelle calde poiché le temperature più fredde consentono alle molecole di iniziare a formarsi.
Molte di queste caratteristiche spettrali sono presenti nella porzione a microonde degli spettri e alcune sono estremamente dipendenti da effetti meccanici quantistici che a loro volta dipendono da masse precise di protone ed elettrone. Se quelle masse dovessero cambiare, cambierebbe anche la posizione di alcune linee spettrali. Confrontando queste variazioni con le posizioni previste, gli astronomi possono ottenere informazioni preziose su come questi valori fondamentali possono cambiare.
La difficoltà principale è che, nel grande schema delle cose, il metanolo (CH3OH) è raro poiché il nostro universo è composto per il 98% da idrogeno ed elio. L'ultimo 2% è composto da ogni altro elemento (l'ossigeno e il carbonio sono i più comuni). Pertanto, il metanolo è composto da tre dei quattro elementi più comuni, ma devono trovarsi l'un l'altro, per formare la molecola in questione. Inoltre, devono anche esistere nella giusta gamma di temperature; troppo caldo e la molecola è rotta; troppo freddo e non c'è abbastanza energia per causare l'emissione per consentirci di rilevarlo. A causa della rarità delle molecole con queste condizioni, ci si potrebbe aspettare che trovarne abbastanza, specialmente attraverso la galassia o l'universo, sarebbe una sfida.
Fortunatamente, il metanolo è una delle poche molecole che sono inclini a creare maser astronomici. I maser sono l'equivalente a microonde dei laser in cui un piccolo input di luce può causare un effetto a cascata in cui induce le molecole che colpisce per emettere luce anche a frequenze specifiche. Ciò può migliorare notevolmente la luminosità di una nuvola contenente metanolo, aumentando la distanza alla quale può essere prontamente rilevata.
Studiando i maser di metanolo all'interno della Via Lattea usando questa tecnica, gli autori hanno scoperto che, se il rapporto tra la massa di un elettrone e quella di un protone cambia, lo fa di meno di tre parti in cento milioni. Studi simili sono stati condotti anche usando l'ammoniaca come molecola tracciante (che può anche formare maser) e sono giunti a conclusioni simili.
