Circa 150 ore di osservazione sull'1, Il radiotelescopio da 000 piedi dell'Osservatorio di Arecibo a Porto Rico nel corso degli ultimi anni è stato dedicato a determinare se la costante più fondamentale in fisica è davvero costante.
L'obiettivo è la cosiddetta costante di struttura fine, comunemente noto come alfa, che descrive l'interazione elettromagnetica tra particelle cariche elementari. Il suo valore è cruciale per comprendere la natura degli spettri atomici, che a sua volta permette agli astronomi di misurare la velocità radiale delle galassie da cui si osservano queste righe spettrali. Tali osservazioni hanno portato alla scoperta che le galassie sembrano allontanarsi l'una dall'altra con velocità che aumentano con la distanza tra loro. Questa è una manifestazione dell'espansione dell'universo dopo il Big Bang.
Il nostro modello attuale per l'espansione e l'accelerazione dell'universo dipende dal presupposto che né alfa né mu, il rapporto tra massa protone ed elettrone, sono cambiati con il tempo. Questa ipotesi è la chiave per la nostra attuale comprensione dell'età dell'universo. Ma cosa succede se l'alfa cambia con il tempo? Allora la nostra conoscenza della distanza tra le galassie o dell'età dell'universo dovrebbe essere rivista.
Il telescopio di Arecibo è stato recentemente utilizzato per fissare un nuovo limite alla costanza delle cose. Sebbene gli ultimi dati suggeriscano che potrebbe esserci un piccolo cambiamento nell'alfa, è ancora presto per esserne sicuri. Con un'incertezza sulla misura di circa una parte su un milione, non è ancora tempo di festeggiare, né per tirare un sospiro di sollievo.
Le osservazioni di Arecibo sono state effettuate da Nissim Kanekar e Jayaram Chengalur del National Center for Radio Astrophysics in India, e Tapasi Ghosh, un astronomo dell'Universities Space Research Association (USRA) presso l'Osservatorio di Arecibo. Il loro esperimento si avvale di una meravigliosa concordanza di circostanze cosmiche che coinvolgono quasar PKS 1413+135, che si trova a circa 3 miliardi di anni luce di distanza. Davanti a quel quasar, e probabilmente circondando il suo nucleo radio-luminoso, è una nuvola di molecole OH (OH è anche conosciuto come idrossile).
Le proprietà atomiche dell'idrossile sono estremamente ben note da studi di laboratorio e teorici. La nube di OH nell'esperimento di Arecibo è osservata in due righe spettrali, uno a 1612 MHz e l'altro a 1720 MHz. Ciò che è insolito è che una delle linee (1612) è vista in assorbimento e l'altra (1720) in emissione. Queste linee si dicono coniugate, questo è, sono immagini speculari l'una dell'altra, che assicura che provengano dalla stessa nuvola di gas.
Questo è un fattore cruciale per ridurre le incertezze sistematiche nella misurazione dell'alfa. Dagli spettri di Arecibo, possiamo misurare la differenza di frequenza osservata tra le due linee e confrontarla con i risultati di laboratorio. Poiché questo quasar è visto come era 3 miliardi di anni nel passato e il nostro laboratorio è nel presente, possiamo determinare quanto alfa sia veramente costante nel tempo.
L'integrazione di 150 ore ad Arecibo consente di confrontare le due righe spettrali con una precisione molto elevata. Il risultato implica che l'alfa non è cambiato di più di 1,3 parti su un milione, in questi 3 miliardi di anni.
Rendere le misurazioni ancora più accurate richiederebbe più tempo per il telescopio o la fortuna di trovare un quasar più distante con una nuvola di OH simile nelle sue vicinanze. Per esempio, migliorare l'accuratezza di un fattore 10 richiederebbe un tempo di osservazione 100 volte superiore a quello già dedicato al progetto. Non è una possibilità realistica.
"Siamo fiduciosi che le ricerche attuali di più candidati quasar che mostrino le linee OH necessarie avranno successo, " ha osservato il dottor Tapasi Ghosh. "Questi potrebbero fornire vincoli ancora più stretti su qualsiasi possibile variazione di questa costante atomica".
Fino ad allora, la misurazione di Arecibo è il nuovo gold standard per definire quanto siamo certi che una costante fisica chiave, una costante che definisce le dimensioni e la scala dell'universo, sia veramente costante.
