Fundamentele constante blijkt al 1,5 miljard jaar na de oerknal constant
FOM-promovenda Julija Bagdonaite en FOM-werkgroepleider Wim Ubachs (Vrije Universiteit Amsterdam) hebben bevestigd dat de massaverhouding tussen elektronen en protonen in de afgelopen 12,4 miljard jaar gelijk is gebleven. Ze kwamen tot deze conclusie nadat zij waterstofmoleculen in een veraf gelegen sterrenstelsel bestudeerden.
De onderzoekers bestudeerden een absorptiespectrum van waterstofmoleculen in een veraf gelegen sterrenstelsel in de zichtlijn naar het quasarstelsel J1443+272 met ESO's Very Large Telescope op de berg Paranal in Chili. Uit de analyse van de waarnemingen blijkt dat voor het sterrenstelsel een kosmologische roodverschuiving van z=4,22 geldt, wat betekent dat de absorptie ongeveer 12,4 miljard jaar geleden heeft plaatsgevonden. Het heelal had toen nog maar tien procent van zijn huidige leeftijd.
Uit analyse van het spectrum, dat is gedaan in samenwerking met wetenschappers van de Swinburne University of Technology in Melbourne (Australië), blijkt dat de proton-elektron-massaverhouding, een fundamentele en dimensieloze natuurconstante die het spectrum van moleculen bepaalt, gedurende die lange tijd niet is veranderd. In kwantitatieve termen: hij is gelijk gebleven binnen een grens van 0,001 procent.
Volledig gebied
Het team van de VU heeft inmiddels moleculaire waterstof in acht stelsels waargenomen, met een roodverschuiving tussen de 2 en 4,2. Dit komt overeen met 10 tot 12,4 miljard jaar terugkijken in de tijd. Voor deze metingen gebruikten zij optische telescopen. Daarnaast is met behulp van radioastronomie het methanolmolecuul, een andere gevoelige maat voor variërende constanten, waargenomen met een kosmologische roodverschuiving van z=0.89. Deze waarnemingen bestrijken samen het hele gebied van de faseovergang in ons universum, namelijk het (vroege) heelal waarin materie domineerde, tot aan een heelal dat voornamelijk is opgebouwd uit donkere energie (tegenwoordig 72 procent).
Donkere energie
Als wordt aangenomen dat donkere energie overeenkomt met een dynamisch veld (in plaats van een inactieve kosmologische constante) dan voorspellen de theorieën dat dit veld in variërende koppelingssterkten zou moeten resulteren. Tot op heden is dat nog niet waargenomen. Dat betekent dat of de waarnemingen niet gevoelig genoeg zijn, of dat donkere energie niet overeenkomt met dynamische scalaire velden.
Het artikel over deze bevindingen is op 19 februari 2015 gepubliceerd in Physical Review Letters met een 'Editors suggestion' label.
Meer informatie over variërende constanten en astronomische observaties van roodverschuiving van moleculair waterstof is te vinden op de website van Ubach.