Một con số cơ bản ảnh hưởng đến màu sắc ánh sáng phát ra từ các nguyên tử cũng như tất cả các tương tác hóa học đã không thay đổi trong hơn 7 tỷ năm, theo quan sát của một nhóm các nhà thiên văn học biểu đồ sự tiến hóa của các thiên hà và vũ trụ.
Kết quả đang được báo cáo hôm nay (Thứ Hai, 18 tháng Tư) tại cuộc họp thường niên của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ (APS) của nhà thiên văn học Jeffrey Newman, một Hubble Fellow tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley đại diện cho DEEP2, một sự hợp tác do Đại học California, Berkeley dẫn đầu và UC Santa Cruz. Newman đang trình bày dữ liệu và cập nhật về dự án DEEP2 lúc 1 giờ chiều. Cuộc họp báo EDT tại khách sạn Marriott Waterside ở Tampa, Fla.
Hằng số cấu trúc tinh tế, một trong số ít các số nguyên chất chiếm vai trò trung tâm trong vật lý, xuất hiện trong gần như tất cả các phương trình liên quan đến điện và từ, kể cả những mô tả sự phát xạ của sóng điện từ - ánh sáng - bởi các nguyên tử. Mặc dù bản chất cơ bản của nó, tuy nhiên, một số nhà lý thuyết cho rằng nó thay đổi một cách tinh tế khi vũ trụ già đi, phản ánh sự thay đổi trong lực hút giữa hạt nhân nguyên tử và các electron ù quanh nó.
Trong vài năm qua, một nhóm các nhà thiên văn học Úc đã báo cáo rằng hằng số đã tăng lên trong suốt vòng đời của vũ trụ khoảng một phần trong 100.000, dựa trên các phép đo sự hấp thụ ánh sáng từ các quasar ở xa khi ánh sáng đi qua các thiên hà gần hơn cho chúng tôi Tuy nhiên, các nhà thiên văn học khác đã không tìm thấy sự thay đổi nào như vậy khi sử dụng kỹ thuật tương tự.
Các quan sát mới của nhóm khảo sát DEEP2 sử dụng một phương pháp trực tiếp hơn để cung cấp một thước đo độc lập của hằng số, và cho thấy không có thay đổi nào trong một phần trong 30.000.
Hằng số cấu trúc mịn thiết lập cường độ của lực điện từ, ảnh hưởng đến cách các nguyên tử giữ lại với nhau và mức năng lượng trong một nguyên tử. Ở một mức độ nào đó, nó đang giúp thiết lập quy mô của tất cả các vật chất thông thường được tạo thành từ các nguyên tử, ông New Newman nói. Kết quả null này có nghĩa là các nhà lý thuyết không cần phải tìm một lời giải thích cho lý do tại sao nó sẽ thay đổi nhiều như vậy.
Hằng số cấu trúc tinh xảo, được chỉ định bởi chữ cái Hy Lạp alpha, là một tỷ lệ của các hằng số khác khác về bản chất, trong một số lý thuyết, có thể thay đổi theo thời gian vũ trụ. Bằng với bình phương điện tích của electron chia cho tốc độ của thời gian ánh sáng Hằng số Planck, alpha sẽ thay đổi, theo một lý thuyết gần đây, chỉ khi tốc độ ánh sáng thay đổi theo thời gian. Một số lý thuyết về năng lượng tối hoặc sự thống nhất lớn, đặc biệt là những lý thuyết liên quan đến nhiều chiều không gian ngoài bốn không gian và thời gian mà chúng ta quen thuộc, dự đoán một sự tiến hóa dần dần của hằng số cấu trúc tinh tế, Newman nói.
DEEP2 là một cuộc khảo sát năm năm về các thiên hà cách xa hơn 7 đến 8 tỷ năm ánh sáng mà ánh sáng của chúng bị kéo dài ra hoặc bị dịch chuyển đến gần gấp đôi bước sóng ban đầu của nó bởi sự giãn nở của vũ trụ. Mặc dù dự án hợp tác, được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia, không được thiết kế để tìm kiếm sự thay đổi của hằng số cấu trúc mịn, nhưng rõ ràng là một tập hợp con của 40.000 thiên hà cho đến nay quan sát được sẽ phục vụ mục đích đó.
Trong cuộc khảo sát khổng lồ này, nó chỉ ra rằng một phần nhỏ của dữ liệu dường như là hoàn hảo để trả lời câu hỏi của Jeff, hỏi, điều tra viên chính của DEEP2 Marc Davis, giáo sư thiên văn học và vật lý học tại UC Berkeley. Bản khảo sát này thực sự có mục đích chung và sẽ phục vụ hàng triệu lượt sử dụng.
Cách đây vài năm, nhà thiên văn học John Bahcall thuộc Viện nghiên cứu nâng cao đã chỉ ra rằng, trong quá trình tìm kiếm các biến thiên của hằng số cấu trúc mịn, việc đo các vạch phát xạ từ các thiên hà xa sẽ dễ bị lỗi hơn khi đo các đường hấp thụ. Newman nhanh chóng nhận ra rằng các thiên hà DEEP2 chứa các vạch phát thải oxy là hoàn toàn phù hợp để cung cấp một thước đo chính xác cho bất kỳ thay đổi nào.
Khi các kết quả mâu thuẫn từ các vạch hấp thụ bắt đầu xuất hiện, tôi có ý tưởng rằng, vì chúng ta có tất cả các thiên hà dịch chuyển đỏ cao này, có thể chúng ta có thể làm gì đó không phải với các vạch hấp thụ, nhưng với các vạch phát xạ trong mẫu của chúng ta, Mitch Newman nói. Các dòng phát xạ sẽ khác nhau một chút nếu hằng số cấu trúc mịn thay đổi.
Dữ liệu DEEP2 cho phép Newman và các đồng nghiệp của mình đo bước sóng phát xạ oxy bị ion hóa (OIII, nghĩa là oxy đã mất hai electron) với độ chính xác cao hơn 0,01 Angstroms trong số 5.000 Angstroms. Một Angstrom, có chiều rộng bằng một nguyên tử hydro, tương đương với 10 nanomet.
Đây là một độ chính xác chỉ vượt qua bởi những người cố gắng tìm kiếm các hành tinh, ông nói, đề cập đến việc phát hiện sự chao đảo mờ nhạt trong các ngôi sao do các hành tinh kéo theo ngôi sao.
Nhóm DEEP2 đã so sánh bước sóng của hai vạch phát xạ OIII cho 300 thiên hà riêng lẻ ở các khoảng cách hoặc dịch chuyển đỏ khác nhau, từ dịch chuyển đỏ khoảng 0,4 (khoảng 4 tỷ năm trước) đến 0,8 (khoảng 7 tỷ năm trước). Hằng số cấu trúc mịn đo được không khác với giá trị ngày hôm nay, xấp xỉ 1/137. Cũng không có xu hướng tăng hoặc giảm giá trị của alpha trong khoảng thời gian 4 tỷ năm này.
Kết quả null của chúng tôi không phải là phép đo chính xác nhất, mà là một phương pháp khác (nhìn vào các đường hấp thụ) cho kết quả chính xác hơn liên quan đến các lỗi hệ thống khiến những người khác nhau sử dụng phương pháp này đưa ra các kết quả khác nhau, từ Newman nói.
Newman cũng đã công bố tại cuộc họp APS về việc phát hành công khai dữ liệu mùa đầu tiên (2002) từ khảo sát DEEP2, đại diện cho 10% trong số 50.000 thiên hà xa xôi mà nhóm hy vọng khảo sát. DEEP2 sử dụng máy quang phổ DEIMOS trên kính viễn vọng Keck II ở Hawaii để ghi lại độ lệch, độ sáng và phổ màu của các thiên hà xa xôi này, chủ yếu để so sánh cụm thiên hà với hiện tại. Cuộc khảo sát, hiện đã hoàn thành hơn 80%, sẽ kết thúc các quan sát vào mùa hè này, với việc phát hành dữ liệu đầy đủ vào năm 2007.
Đây thực sự là một bộ dữ liệu duy nhất để hạn chế cả cách các thiên hà phát triển và vũ trụ đã phát triển theo thời gian như thế nào. Phần mềm Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan đang thực hiện các phép đo khoảng 0,2 độ, nhìn lại 2-3 tỷ năm trước. Chúng ta thực sự bắt đầu với dịch chuyển đỏ 0,7 và cực đại ở mức 0,8 hoặc 0,9, tương đương với 7-8 tỷ năm trước, thời điểm vũ trụ đã già đi một nửa như ngày nay.
Cuộc khảo sát cũng đã hoàn thành các phép đo có thể làm sáng tỏ bản chất của năng lượng tối - một năng lượng bí ẩn thấm vào vũ trụ và dường như đang khiến cho sự giãn nở của vũ trụ tăng tốc. Nhóm nghiên cứu hiện đang mô hình hóa các lý thuyết khác nhau về năng lượng tối để so sánh các dự đoán lý thuyết với các phép đo DEEP2 mới.
Như Davis giải thích, lượng năng lượng tối, hiện được ước tính là 70% tổng năng lượng trong vũ trụ, quyết định sự phát triển của các thiên hà và cụm thiên hà. Bằng cách đếm số lượng các nhóm nhỏ và các cụm thiên hà khổng lồ trong một thể tích không gian xa xôi như là một chức năng của dịch chuyển đỏ và khối lượng của chúng, có thể đo lượng vũ trụ đã mở rộng cho đến ngày nay, tùy thuộc vào bản chất của năng lượng tối.
Về cơ bản, bạn đếm các cụm và hỏi, "Có nhiều hay ít không?", Davis Davis nói. Đây là tất cả những gì nó đạt được. Nếu có rất ít cụm, điều đó có nghĩa là vũ trụ mở rộng khá nhiều cách. Và nếu có nhiều cụm thì vũ trụ đã không thể mở rộng.
Davis hiện đang so sánh các phép đo DEEP2 với các dự đoán về lý thuyết năng lượng tối đơn giản nhất, nhưng hy vọng sẽ hợp tác với các nhà lý thuyết khác để kiểm tra các lý thuyết năng lượng tối kỳ lạ hơn.
Nhà nghiên cứu lý thuyết của UC Berkeley, Martin White, giáo sư thiên văn học và vật lý học đã làm việc với Davis cho biết, điều mà họ thực sự cố gắng hiểu là mật độ năng lượng tối đang thay đổi như thế nào. Nếu mật độ năng lượng tối là hằng số vũ trụ Einstein Einstein, thì dự đoán trên lý thuyết là nó không thay đổi. Chén thánh bây giờ là để có được một số bằng chứng cho thấy nó không phải là hằng số vũ trụ, mà thực tế nó đang thay đổi.
Nguồn gốc: UC Berkeley
