Jumlah mendasar yang mempengaruhi warna cahaya yang dipancarkan oleh atom serta semua interaksi kimia tidak berubah dalam lebih dari 7 miliar tahun, menurut pengamatan oleh tim astronom yang memetakan evolusi galaksi dan alam semesta.
Hasilnya dilaporkan hari ini (Senin, 18 April) pada pertemuan tahunan American Physical Society (APS) oleh astronom Jeffrey Newman, seorang Hubble Fellow di Lawrence Berkeley National Laboratory mewakili DEEP2, sebuah kolaborasi yang dipimpin oleh University of California, Berkeley , dan UC Santa Cruz. Newman sedang mempresentasikan data dan pembaruan pada proyek DEEP2 pada pukul 1 malam. Konferensi pers EDT di Marriott Waterside Hotel di Tampa, Fla.
Konstanta struktur halus, salah satu dari segelintir bilangan murni yang menempati peran sentral dalam fisika, muncul di hampir semua persamaan yang melibatkan listrik dan magnet, termasuk yang menggambarkan emisi gelombang elektromagnetik - cahaya - oleh atom. Meskipun sifat dasarnya, beberapa ahli teori telah menyarankan bahwa ia berubah secara halus seiring bertambahnya usia alam semesta, yang mencerminkan perubahan dalam tarik-menarik antara inti atom dan elektron yang berdengung di sekitarnya.
Selama beberapa tahun terakhir, sekelompok astronom Australia telah melaporkan bahwa konstanta telah meningkat selama masa kehidupan semesta sekitar satu bagian dalam 100.000, berdasarkan pengukuran penyerapan cahaya dari quasar jauh ketika cahaya melewati galaksi lebih dekat untuk kita. Namun, para astronom lain tidak menemukan perubahan seperti itu menggunakan teknik yang sama.
Pengamatan baru oleh tim survei DEEP2 menggunakan metode yang lebih langsung untuk memberikan ukuran independen dari konstanta, dan tidak menunjukkan perubahan dalam satu bagian dalam 30.000.
“Konstanta struktur halus menentukan kekuatan gaya elektromagnetik, yang memengaruhi bagaimana atom-atom bersatu dan tingkat energi dalam sebuah atom. Pada tingkat tertentu, ini membantu mengatur skala semua materi biasa yang terdiri dari atom, ”kata Newman. "Hasil nol ini berarti ahli teori tidak perlu menemukan penjelasan mengapa itu akan berubah begitu banyak."
Konstanta struktur halus, yang ditunjuk oleh huruf Yunani alpha, adalah rasio "konstanta" alam lainnya yang, dalam beberapa teori, dapat berubah seiring waktu kosmik. Setara dengan kuadrat muatan elektron dibagi dengan kecepatan kali cahaya konstanta Planck, alpha akan berubah, menurut satu teori baru-baru ini, hanya jika kecepatan cahaya berubah seiring waktu. Beberapa teori energi gelap atau unifikasi besar, khususnya yang melibatkan banyak dimensi ekstra di luar empat ruang dan waktu yang kita kenal, memprediksi evolusi bertahap konstanta struktur halus, kata Newman.
DEEP2 adalah survei lima tahun terhadap galaksi yang berjarak lebih dari 7 hingga 8 miliar tahun cahaya yang cahayanya telah direntangkan atau digeser menjadi hampir dua kali lipat panjang gelombang aslinya dengan perluasan alam semesta. Meskipun proyek kolaboratif, yang didukung oleh National Science Foundation, tidak dirancang untuk mencari variasi dalam konstanta struktur halus, menjadi jelas bahwa subset dari 40.000 galaksi yang sejauh ini diamati akan melayani tujuan itu.
"Dalam survei raksasa ini, ternyata sebagian kecil dari data tampaknya sempurna untuk menjawab pertanyaan yang diajukan Jeff," kata penyelidik utama DEEP2 Marc Davis, profesor astronomi dan fisika di UC Berkeley. "Survei ini benar-benar tujuan umum dan akan melayani sejuta kegunaan."
Beberapa tahun yang lalu, astronom John Bahcall dari Institute for Advanced Study menunjukkan bahwa, dalam pencarian variasi dalam konstanta struktur halus, mengukur garis emisi dari galaksi jauh akan lebih langsung dan lebih tidak rawan kesalahan yang mengukur garis serapan. Newman cepat menyadari bahwa galaksi DEEP2 yang mengandung garis emisi oksigen sangat cocok untuk memberikan ukuran yang tepat dari setiap perubahan.
"Ketika hasil yang bertentangan dari garis penyerapan mulai muncul, saya punya ide bahwa, karena kita memiliki semua galaksi pergeseran merah yang tinggi ini, mungkin kita dapat melakukan sesuatu yang tidak dengan garis penyerapan, tetapi dengan garis emisi dalam sampel kami," kata Newman. "Garis emisi akan sangat sedikit berbeda jika konstanta struktur halus berubah."
Data DEEP2 memungkinkan Newman dan rekan-rekannya untuk mengukur panjang gelombang garis emisi oksigen terionisasi (OIII, yaitu, oksigen yang telah kehilangan dua elektron) dengan presisi lebih baik dari 0,01 Angstrom dari 5.000 Angstrom. Angstrom, sekitar lebar atom hidrogen, setara dengan 10 nanometer.
"Ini adalah ketepatan yang hanya dilampaui oleh orang-orang yang berusaha mencari planet," katanya, merujuk pada deteksi goyangan samar di bintang-bintang karena planet-planet yang menarik bintang itu.
Tim DEEP2 membandingkan panjang gelombang dua garis emisi OIII untuk 300 galaksi individu pada berbagai jarak atau pergeseran merah, mulai dari pergeseran merah sekitar 0,4 (sekitar 4 miliar tahun lalu) hingga 0,8 (sekitar 7 miliar tahun lalu). Konstanta struktur halus yang diukur tidak berbeda dari nilai hari ini, yaitu sekitar 1/137. Juga tidak ada tren naik atau turun dalam nilai alpha selama periode 4 miliar tahun ini.
"Hasil nol kami bukan pengukuran yang paling tepat, tetapi metode lain (melihat garis serapan) yang memberikan hasil yang lebih tepat melibatkan kesalahan sistematis yang menyebabkan orang yang berbeda menggunakan metode untuk menghasilkan hasil yang berbeda," kata Newman.
Newman juga mengumumkan pada pertemuan APS rilis publik data musim pertama (2002) dari survei DEEP2, yang mewakili 10 persen dari 50.000 galaksi jauh yang ingin disurvei oleh tim. DEEP2 menggunakan spektograf DEIMOS pada teleskop Keck II di Hawaii untuk merekam pergeseran merah, kecerahan, dan spektrum warna dari galaksi-galaksi jauh ini, terutama untuk membandingkan pengelompokan galaksi dari dulu dan sekarang. Survei, sekarang lebih dari 80 persen selesai, harus menyelesaikan pengamatan musim panas ini, dengan rilis data lengkap pada 2007.
"Ini benar-benar kumpulan data unik untuk membatasi bagaimana galaksi berevolusi dan bagaimana alam semesta berevolusi dari waktu ke waktu," kata Newman. “Survei Langit Digital Sloan membuat pengukuran sekitar pergeseran merah 0,2, melihat ke belakang 2-3 miliar tahun terakhir. Kami benar-benar mulai dari pergeseran merah 0,7 dan puncaknya pada 0,8 atau 0,9, setara dengan 7-8 miliar tahun yang lalu, masa ketika alam semesta setengah setua seperti sekarang ini. "
Survei ini juga telah menyelesaikan pengukuran yang dapat menjelaskan sifat energi gelap - energi misterius yang merembes ke alam semesta dan tampaknya menyebabkan percepatan ekspansi alam semesta. Tim sekarang memodelkan berbagai teori energi gelap untuk membandingkan prediksi teoritis dengan pengukuran DEEP2 baru.
Seperti yang dijelaskan Davis, jumlah energi gelap, yang sekarang diperkirakan 70 persen dari seluruh energi di alam semesta, menentukan evolusi galaksi dan kluster galaksi. Dengan menghitung jumlah kelompok kecil dan kelompok galaksi masif dalam volume ruang yang jauh sebagai fungsi dari pergeseran merah dan massa, dimungkinkan untuk mengukur jumlah ekspansi alam semesta hingga hari ini, yang tergantung pada alam. energi gelap.
"Pada dasarnya, Anda menghitung kelompok dan bertanya," Apakah ada banyak, atau beberapa? '"Kata Davis. "Itu saja jumlahnya. Jika ada sangat sedikit kelompok, itu berarti alam semesta berkembang dengan cara yang sangat baik. Dan jika ada banyak kluster, alam semesta tidak berkembang terlalu banyak. "
Davis saat ini sedang membandingkan pengukuran DEEP2 dengan prediksi teori energi gelap yang paling sederhana, tetapi berharap untuk berkolaborasi dengan ahli teori lain untuk menguji teori energi gelap yang lebih eksotis.
"Apa yang sebenarnya mereka coba dapatkan adalah bagaimana kepadatan energi gelap berubah ketika alam semesta mengembang," kata fisikawan teori UC Berkeley Martin White, seorang profesor astronomi dan fisika yang telah bekerja dengan Davis. "Jika kepadatan energi gelap adalah konstanta kosmologis Einstein, maka prediksi teoretisnya adalah bahwa itu tidak berubah. Cawan suci sekarang adalah untuk mendapatkan beberapa bukti bahwa itu bukan konstanta kosmologis, bahwa itu sebenarnya berubah. "
Sumber Asli: UC Berkeley
