Un número fundamental que afecta el color de la luz emitida por los átomos, así como todas las interacciones químicas, no ha cambiado en más de 7 mil millones de años, según las observaciones de un equipo de astrónomos que registran la evolución de las galaxias y el universo.
Los resultados se informan hoy (lunes 18 de abril) en la reunión anual de la American Physical Society (APS) por el astrónomo Jeffrey Newman, miembro del Hubble en el Lawrence Berkeley National Laboratory que representa a DEEP2, una colaboración dirigida por la Universidad de California, Berkeley y UC Santa Cruz. Newman presenta los datos y una actualización sobre el proyecto DEEP2 a la 1 p.m. Conferencia de prensa de EDT en el Marriott Waterside Hotel en Tampa, Florida.
La estructura fina constante, uno de los pocos números puros que ocupan un papel central en la física, aparece en casi todas las ecuaciones que involucran electricidad y magnetismo, incluidas las que describen la emisión de ondas electromagnéticas, la luz, por los átomos. Sin embargo, a pesar de su naturaleza fundamental, algunos teóricos han sugerido que cambie sutilmente a medida que el universo envejece, reflejando un cambio en la atracción entre el núcleo atómico y los electrones que zumban a su alrededor.
En los últimos años, un grupo de astrónomos australianos ha informado que la constante ha aumentado durante la vida útil del universo en aproximadamente una parte en 100,000, según sus mediciones de la absorción de luz de los quásares distantes a medida que la luz pasa a través de las galaxias más cercanas para nosotros. Otros astrónomos, sin embargo, no han encontrado tal cambio usando la misma técnica.
Las nuevas observaciones del equipo de la encuesta DEEP2 utilizan un método más directo para proporcionar una medida independiente de la constante y no muestran cambios en una parte de cada 30,000.
“La constante estructura fina establece la fuerza de la fuerza electromagnética, que afecta la forma en que los átomos se mantienen unidos y los niveles de energía dentro de un átomo. En algún nivel, está ayudando a establecer la escala de toda la materia ordinaria compuesta de átomos ”, dijo Newman. "Este resultado nulo significa que los teóricos no necesitan encontrar una explicación de por qué cambiaría tanto".
La constante de estructura fina, designada por la letra griega alfa, es una relación de otras "constantes" de la naturaleza que, en algunas teorías, podrían cambiar con el tiempo cósmico. Igual al cuadrado de la carga del electrón dividido por la velocidad de la luz por la constante de Planck, el alfa cambiaría, según una teoría reciente, solo si la velocidad de la luz cambiara con el tiempo. Algunas teorías de la energía oscura o la gran unificación, en particular aquellas que involucran muchas dimensiones adicionales más allá de las cuatro del espacio y el tiempo con las que estamos familiarizados, predicen una evolución gradual de la constante estructura fina, dijo Newman.
DEEP2 es una encuesta de cinco años de galaxias a más de 7 a 8 mil millones de años luz de distancia cuya luz se ha extendido o desplazado al rojo para casi duplicar su longitud de onda original por la expansión del universo. Aunque el proyecto colaborativo, apoyado por la National Science Foundation, no fue diseñado para buscar variaciones en la constante estructura fina, quedó claro que un subconjunto de las 40,000 galaxias observadas hasta ahora serviría para ese propósito.
"En esta encuesta gigantesca, resulta que una pequeña fracción de los datos parece ser perfecta para responder la pregunta que Jeff hace", dijo el investigador principal de DEEP2, Marc Davis, profesor de astronomía y física en la Universidad de California en Berkeley. "Esta encuesta es realmente de propósito general y servirá un millón de usos".
Hace varios años, el astrónomo John Bahcall del Instituto de Estudios Avanzados señaló que, en la búsqueda de variaciones en la constante de estructura fina, medir las líneas de emisión de galaxias distantes sería más directo y menos propenso a errores que medir las líneas de absorción. Newman se dio cuenta rápidamente de que las galaxias DEEP2 que contenían líneas de emisión de oxígeno eran perfectamente adecuadas para proporcionar una medida precisa de cualquier cambio.
"Cuando comenzaron a aparecer los resultados contradictorios de las líneas de absorción, tuve la idea de que, dado que tenemos todas estas galaxias de alto desplazamiento al rojo, tal vez podamos hacer algo no con líneas de absorción, sino con líneas de emisión dentro de nuestra muestra", dijo Newman. "Las líneas de emisión serían muy diferentes si la constante estructura fina cambiara".
Los datos DEEP2 permitieron a Newman y sus colegas medir la longitud de onda de las líneas de emisión de oxígeno ionizado (OIII, es decir, oxígeno que ha perdido dos electrones) con una precisión mejor que 0.01 Angstroms de 5,000 Angstroms. Un Angstrom, aproximadamente del ancho de un átomo de hidrógeno, es equivalente a 10 nanómetros.
"Esta es una precisión superada solo por las personas que intentan buscar planetas", dijo, refiriéndose a la detección de oscilaciones débiles en las estrellas debido a los planetas que tiran de la estrella.
El equipo DEEP2 comparó las longitudes de onda de dos líneas de emisión OIII para 300 galaxias individuales a varias distancias o desplazamientos al rojo, que van desde un desplazamiento al rojo de aproximadamente 0.4 (hace aproximadamente 4 mil millones de años) a 0.8 (hace aproximadamente 7 mil millones de años). La constante de estructura fina medida no fue diferente del valor actual, que es aproximadamente 1/137. Tampoco hubo una tendencia al alza o a la baja en el valor de alfa durante este período de 4 mil millones de años.
"Nuestro resultado nulo no es la medición más precisa, pero otro método (mirar las líneas de absorción) que proporciona resultados más precisos implica errores sistemáticos que hacen que diferentes personas que usan el método obtengan resultados diferentes", dijo Newman.
Newman también anunció en la reunión de APS el lanzamiento público de la primera temporada de datos (2002) de la encuesta DEEP2, que representa el 10 por ciento de las 50,000 galaxias distantes que el equipo espera encuestar. DEEP2 utiliza el espectrógrafo DEIMOS en el telescopio Keck II en Hawái para registrar el desplazamiento al rojo, el brillo y el espectro de color de estas galaxias distantes, principalmente para comparar el cúmulo de galaxias en ese momento frente a ahora. La encuesta, ahora más del 80 por ciento completada, debería finalizar las observaciones este verano, con la publicación de datos completos en 2007.
"Este es realmente un conjunto de datos único para restringir la evolución de las galaxias y la evolución del universo a lo largo del tiempo", dijo Newman. “El Sloan Digital Sky Survey está realizando mediciones a aproximadamente el desplazamiento al rojo 0.2, mirando hacia atrás en los últimos 2-3 mil millones de años. Realmente comenzamos en el corrimiento al rojo 0.7 y alcanzamos un pico en 0.8 o 0.9, equivalente a hace 7-8 mil millones de años, una época en que el universo tenía la mitad de edad que hoy en día ".
La encuesta también ha completado mediciones que podrían arrojar luz sobre la naturaleza de la energía oscura, una energía misteriosa que impregna el universo y parece estar causando que la expansión del universo se acelere. El equipo ahora está modelando varias teorías de la energía oscura para comparar predicciones teóricas con las nuevas mediciones DEEP2.
Como lo explicó Davis, la cantidad de energía oscura, que ahora se estima en un 70 por ciento de toda la energía en el universo, determina la evolución de las galaxias y los cúmulos de galaxias. Al contar el número de grupos pequeños y cúmulos masivos de galaxias en un volumen distante del espacio en función de su desplazamiento al rojo y su masa, es posible medir la cantidad de expansión del universo hasta nuestros días, que depende de la naturaleza de energía oscura.
"Básicamente, cuentas los grupos y preguntas: ¿hay muchos o pocos?", Dijo Davis. "Eso es todo lo que equivale. Si hay muy pocos grupos, eso significa que el universo se expandió bastante. Y si hay muchos grupos, el universo no se expandió tanto ".
Actualmente, Davis compara las mediciones de DEEP2 con las predicciones de la teoría de energía oscura más simple, pero espera colaborar con otros teóricos para probar teorías más exóticas de energía oscura.
"Lo que realmente están tratando de entender es cómo está cambiando la densidad de energía oscura a medida que el universo se expande", dijo el físico teórico de UC Berkeley Martin White, profesor de astronomía y física que ha trabajado con Davis. "Si la densidad de energía oscura es la constante cosmológica de Einstein, entonces la predicción teórica es que no cambia. El santo grial ahora es obtener alguna evidencia de que no es la constante cosmológica, que de hecho está cambiando ".
Fuente original: UC Berkeley
