Ongeveer 150 uur observatietijd op de 1, De radiotelescoop van 1000 voet van het Arecibo-observatorium in Puerto Rico is de afgelopen jaren gewijd aan het bepalen of de meest fundamentele constante in de natuurkunde echt constant is.

Het doel is de zogenaamde fijne structuurconstante, gewoonlijk bekend als alfa, die de elektromagnetische interactie tussen elementair geladen deeltjes beschrijft. De waarde ervan is cruciaal voor het begrijpen van de aard van atoomspectra, waardoor astronomen op hun beurt de radiale snelheid kunnen meten van sterrenstelsels van waaruit deze spectraallijnen worden waargenomen. Dergelijke waarnemingen leidden tot de ontdekking dat sterrenstelsels van elkaar lijken te wijken met snelheden die toenemen met de afstand ertussen. Dit is een manifestatie van de uitdijing van het heelal na de oerknal.

Ons huidige model voor de uitdijing en versnelling van het heelal hangt af van de aanname dat noch alfa noch mu, de proton-tot-elektron massaverhouding, zijn met de tijd veranderd. Deze veronderstelling is de sleutel tot ons huidige begrip van de leeftijd van het universum. Maar wat als alfa met de tijd verandert? Dan zou onze kennis van de afstand tussen sterrenstelsels of de leeftijd van het heelal moeten worden herzien.

De Arecibo-telescoop is onlangs gebruikt om een ​​nieuwe limiet te stellen aan hoe constant dingen zijn. Hoewel de laatste gegevens suggereren dat er een kleine verandering in alfa kan zijn, het is nog te vroeg om zeker te zijn. Met een onzekerheid over de meting van ongeveer een deel op een miljoen, het is nog geen tijd om te vieren, noch een zucht van verlichting slaken.

De Arecibo-waarnemingen zijn uitgevoerd door Nissim Kanekar en Jayaram Chengalur van het National Center for Radio Astrophysics in India, en Tapasi Ghosh, een astronoom van de Universities Space Research Association (USRA) bij het Arecibo-observatorium. Hun experiment maakt gebruik van een prachtige concordantie van kosmische omstandigheden met quasar PKS 1413+135, die zich op ongeveer 3 miljard lichtjaar afstand bevindt. Voor die quasar, en waarschijnlijk rond zijn radioheldere kern, is een wolk van OH-moleculen (OH is ook bekend als hydroxyl).

De atomaire eigenschappen van hydroxyl zijn zeer goed bekend uit laboratorium- en theoretische studies. De OH-wolk in het Arecibo-experiment wordt waargenomen in twee spectraallijnen, een op 1612 MHz en de andere op 1720 MHz. Wat ongebruikelijk is, is dat een van de lijnen (1612) wordt gezien in absorptie en de andere (1720) in emissie. Van deze lijnen wordt gezegd dat ze geconjugeerd zijn, dat is, het zijn spiegelbeelden van elkaar, wat ervoor zorgt dat ze afkomstig zijn uit dezelfde gaswolk.

Dit is een cruciale factor bij het verminderen van systematische onzekerheden bij het meten van alfa. Van de Arecibo-spectra, we kunnen het waargenomen frequentieverschil tussen de twee lijnen meten en vergelijken met de laboratoriumresultaten. Omdat deze quasar wordt gezien zoals hij 3 miljard jaar geleden was en ons laboratorium zich in het heden bevindt, we kunnen bepalen hoe echt constant alfa in de loop van de tijd is.

Dankzij de 150 uur durende integratie in Arecibo kunnen de twee spectraallijnen met een zeer hoge nauwkeurigheid worden vergeleken. Het resultaat houdt in dat alfa niet meer dan 1,3 delen op een miljoen is veranderd, in deze 3 miljard jaar.

Om de metingen nog nauwkeuriger te maken, zou ofwel meer telescooptijd nodig zijn, ofwel het geluk hebben om een ​​verder verwijderde quasar te vinden met een vergelijkbare OH-wolk in zijn buurt. Bijvoorbeeld, om de nauwkeurigheid met een factor 10 te verbeteren, zou 100 keer meer observatietijd nodig zijn dan al aan het project is besteed. Dat is geen realistische mogelijkheid.

"We hebben goede hoop dat de huidige zoekopdrachten naar meer quasar-kandidaten die de nodige OH-lijnen vertonen succesvol zullen zijn, " merkte Dr. Tapasi Ghosh op. "Deze zouden zelfs strengere beperkingen kunnen opleveren voor eventuele variaties van deze atomaire constante."

Tot dan, de Arecibo-meting is de nieuwe gouden standaard om te bepalen hoe zeker we zijn dat een belangrijke fysieke constante - een constante die de grootte en schaal van het universum bepaalt - echt constant is.