Un numero fondamentale che influenza il colore della luce emessa dagli atomi e tutte le interazioni chimiche non è cambiato in più di 7 miliardi di anni, secondo le osservazioni di un team di astronomi che tracciano l'evoluzione delle galassie e dell'universo.
I risultati sono stati riportati oggi (lunedì 18 aprile) all'incontro annuale dell'American Physical Society (APS) dall'astronomo Jeffrey Newman, Hubble Fellow del Lawrence Berkeley National Laboratory in rappresentanza del DEEP2, una collaborazione guidata dall'Università della California, Berkeley e UC Santa Cruz. Newman presenta i dati e un aggiornamento sul progetto DEEP2 alle 13:00. Conferenza stampa EDT presso il Marriott Waterside Hotel a Tampa, in Florida.
La costante di struttura fine, una di una manciata di numeri puri che occupano un ruolo centrale nella fisica, si apre in quasi tutte le equazioni che coinvolgono elettricità e magnetismo, compresi quelli che descrivono l'emissione di onde elettromagnetiche - luce - da atomi. Nonostante la sua natura fondamentale, tuttavia, alcuni teorici hanno suggerito che cambia sottilmente con l'invecchiamento dell'universo, riflettendo un cambiamento nell'attrazione tra il nucleo atomico e gli elettroni che ronzano attorno ad esso.
Negli ultimi anni, un gruppo di astronomi australiani ha riferito che la costante è aumentata nel corso della vita dell'universo di circa una parte su 100.000, in base alle sue misurazioni dell'assorbimento della luce da quasar distanti mentre la luce passa attraverso le galassie più vicine a noi. Altri astronomi, tuttavia, non hanno riscontrato questo cambiamento usando la stessa tecnica.
Le nuove osservazioni del team di rilevamento DEEP2 utilizzano un metodo più diretto per fornire una misura indipendente della costante e non mostrano alcun cambiamento entro una parte su 30.000.
“La costante di struttura fine imposta la forza della forza elettromagnetica, che influenza il modo in cui gli atomi si tengono insieme e i livelli di energia all'interno di un atomo. Ad un certo livello, sta aiutando a stabilire la scala di tutta la materia ordinaria costituita da atomi ”, ha detto Newman. "Questo risultato nullo significa che i teorici non hanno bisogno di trovare una spiegazione del perché cambierebbe così tanto."
La costante di struttura fine, designata dalla lettera greca alfa, è un rapporto di altre "costanti" della natura che, in alcune teorie, potrebbero cambiare nel tempo cosmico. Uguale al quadrato della carica dell'elettrone diviso per la velocità dei tempi di luce della costante di Planck, l'alfa cambierebbe, secondo una recente teoria, solo se la velocità della luce cambiasse nel tempo. Alcune teorie sull'energia oscura o sulla grande unificazione, in particolare quelle che coinvolgono molte dimensioni extra oltre le quattro dello spazio e del tempo con cui abbiamo familiarità, predicono una graduale evoluzione della costante della struttura fine, Newman ha detto.
DEEP2 è un sondaggio quinquennale di galassie distanti da 7 a 8 miliardi di anni luce la cui luce è stata distesa o spostata verso il rosso per quasi raddoppiare la sua lunghezza d'onda originale con l'espansione dell'universo. Sebbene il progetto collaborativo, supportato dalla National Science Foundation, non fosse progettato per cercare variazioni nella costante della struttura fine, divenne chiaro che un sottoinsieme delle 40.000 galassie finora osservate avrebbe servito a tale scopo.
"In questo gigantesco sondaggio, si scopre che una piccola parte dei dati sembra essere perfetta per rispondere alla domanda posta da Jeff", ha dichiarato Marc Davis, professore di astronomia e fisica presso l'UC Berkeley. "Questo sondaggio è veramente generico e servirà un milione di usi".
Diversi anni fa, l'astronomo John Bahcall dell'Institute for Advanced Study ha sottolineato che, nella ricerca di variazioni nella costante della struttura fine, misurare le linee di emissione da galassie distanti sarebbe più diretto e meno soggetto a errori rispetto alla misurazione delle linee di assorbimento. Newman si rese presto conto che le galassie DEEP2 contenenti le linee di emissione dell'ossigeno erano perfettamente adatte per fornire una misura precisa di qualsiasi cambiamento.
"Quando i risultati contraddittori delle linee di assorbimento iniziano a comparire, ho avuto l'idea che, dato che abbiamo tutte queste galassie con spostamento verso il rosso elevate, forse possiamo fare qualcosa non con le linee di assorbimento, ma con le linee di emissione all'interno del nostro campione", ha detto Newman. "Le linee di emissione sarebbero leggermente diverse se cambiasse la costante della struttura fine."
I dati DEEP2 hanno permesso a Newman e ai suoi colleghi di misurare la lunghezza d'onda delle linee di emissione dell'ossigeno ionizzato (OIII, ovvero ossigeno che ha perso due elettroni) con una precisione migliore di 0,01 Angstrom su 5.000 Angstrom. Un Angstrom, circa la larghezza di un atomo di idrogeno, equivale a 10 nanometri.
"Questa è una precisione superata solo dalle persone che cercano di cercare pianeti", ha detto, riferendosi al rilevamento di deboli oscillazioni nelle stelle a causa dei pianeti che tirano la stella.
Il team DEEP2 ha confrontato le lunghezze d'onda di due linee di emissione OIII per 300 singole galassie a varie distanze o spostamenti verso il rosso, che vanno da uno spostamento verso il rosso di circa 0,4 (circa 4 miliardi di anni fa) a 0,8 (circa 7 miliardi di anni fa). La costante della struttura fine misurata non era diversa dal valore di oggi, che è circa 1/137. Inoltre, non vi è stata alcuna tendenza al rialzo o al ribasso del valore dell'alfa in questo periodo di 4 miliardi di anni.
"Il nostro risultato nullo non è la misurazione più precisa, ma un altro metodo (guardando le linee di assorbimento) che fornisce risultati più precisi comporta errori sistematici che inducono persone diverse che utilizzano il metodo a ottenere risultati diversi", ha detto Newman.
Newman ha anche annunciato alla riunione dell'APS la pubblicazione pubblica della prima stagione di dati (2002) dal sondaggio DEEP2, che rappresenta il 10 percento delle 50.000 galassie distanti che il team spera di sondare. DEEP2 utilizza lo spettrografo DEIMOS sul telescopio Keck II alle Hawaii per registrare lo spostamento verso il rosso, la luminosità e lo spettro dei colori di queste galassie distanti, principalmente per confrontare il raggruppamento di galassie rispetto a oggi. Il sondaggio, ora completato per oltre l'80%, dovrebbe terminare le osservazioni quest'estate, con il rilascio completo dei dati entro il 2007.
"Questo è davvero un set di dati unico per limitare sia il modo in cui le galassie si sono evolute sia come si è evoluto l'universo nel tempo", ha detto Newman. “Lo Sloan Digital Sky Survey sta effettuando misurazioni su circa 0,2 maiuscole, guardando indietro agli ultimi 2-3 miliardi di anni. Partiamo davvero da redshift 0.7 e raggiungiamo il picco a 0,8 o 0,9, equivalenti a 7-8 miliardi di anni fa, un tempo in cui l'universo era mezzo vecchio quanto lo è oggi ”.
Il sondaggio ha anche completato misurazioni che potrebbero far luce sulla natura dell'energia oscura, un'energia misteriosa che permea l'universo e sembra causare l'accelerazione dell'espansione dell'universo. Il team ora sta modellando varie teorie sull'energia oscura per confrontare le previsioni teoriche con le nuove misurazioni DEEP2.
Come ha spiegato Davis, la quantità di energia oscura, ora stimata pari al 70% di tutta l'energia nell'universo, determina l'evoluzione delle galassie e dei gruppi di galassie. Contando il numero di piccoli gruppi e ammassi massicci di galassie in un volume distante di spazio in funzione del loro spostamento verso il rosso e della loro massa, è possibile misurare la quantità con cui l'universo si è espanso fino ai giorni nostri, che dipende dalla natura di energia oscura.
"Fondamentalmente, conti i cluster e chiedi:" Ce ne sono molti o pochi? ", Ha detto Davis. "Questo è tutto. Se ci sono pochissimi cluster, ciò significa che l'universo si è espanso abbastanza. E se ci sono molti cluster, l'universo non si espanderebbe così tanto. "
Davis sta attualmente confrontando le misurazioni DEEP2 con le previsioni della più semplice teoria dell'energia oscura, ma spera di collaborare con altri teorici per testare teorie esotiche sull'energia oscura.
"Quello che stanno davvero cercando di capire è come la densità di energia oscura sta cambiando mentre l'universo si sta espandendo", ha detto il fisico teorico della UC Berkeley Martin White, un professore di astronomia e di fisica che ha lavorato con Davis. "Se la densità di energia oscura è la costante cosmologica di Einstein, la previsione teorica è che non cambierà. Il Santo Graal ora è quello di ottenere alcune prove del fatto che non è la costante cosmologica, che in realtà sta cambiando ".
Fonte originale: UC Berkeley
