Environ 150 heures d'observation sur le 1, Au cours des dernières années, le radiotélescope de 1000 pieds de l'observatoire d'Arecibo à Porto Rico a été consacré à déterminer si la constante la plus fondamentale de la physique est vraiment constante.
La cible est la constante dite de structure fine, généralement connu sous le nom d'alpha, qui décrit l'interaction électromagnétique entre des particules chargées élémentaires. Sa valeur est cruciale pour comprendre la nature des spectres atomiques, ce qui permet aux astronomes de mesurer la vitesse radiale des galaxies à partir desquelles ces raies spectrales sont observées. De telles observations ont conduit à la découverte que les galaxies semblent s'éloigner les unes des autres avec des vitesses qui augmentent avec la distance qui les sépare. C'est une manifestation de l'expansion de l'univers suite au Big Bang.
Notre modèle actuel pour l'expansion et l'accélération de l'univers repose sur l'hypothèse que ni alpha ni mu, le rapport de masse proton-électron, ont changé avec le temps. Cette hypothèse est la clé de notre compréhension actuelle de l'âge de l'univers. Mais que se passe-t-il si l'alpha change avec le temps ? Ensuite, notre connaissance de la distance entre les galaxies ou de l'âge de l'univers devrait être révisée.
Le télescope d'Arecibo a récemment été utilisé pour fixer une nouvelle limite à la constance des choses. Alors que les dernières données suggèrent qu'il peut y avoir un petit changement dans l'alpha, il est encore trop tôt pour en être sûr. Avec une incertitude sur la mesure d'environ une partie sur un million, il n'est pas encore temps de célébrer, ni de pousser un soupir de soulagement.
Les observations d'Arecibo ont été réalisées par Nissim Kanekar et Jayaram Chengalur du National Center for Radio Astrophysics en Inde, et Tapasi Ghosh, un astronome de l'Universities Space Research Association (USRA) à l'Observatoire d'Arecibo. Leur expérience utilise une merveilleuse concordance de circonstances cosmiques impliquant le quasar PKS 1413+135, qui est situé à environ 3 milliards d'années-lumière. Devant ce quasar, et probablement entourant son noyau radio-lumineux, est un nuage de molécules OH (OH est également connu sous le nom d'hydroxyle).
Les propriétés atomiques de l'hydroxyle sont extrêmement bien connues à partir d'études théoriques et de laboratoire. Le nuage OH dans l'expérience d'Arecibo est observé dans deux raies spectrales, l'un à 1612 MHz et l'autre à 1720 MHz. Ce qui est inhabituel, c'est qu'une des raies (1612) est vue en absorption et l'autre (1720) en émission. Ces lignes sont dites conjuguées, C'est, ils sont des images miroir les uns des autres, ce qui garantit qu'ils proviennent du même nuage de gaz.
C'est un facteur crucial pour réduire les incertitudes systématiques dans la mesure de l'alpha. A partir des spectres d'Arecibo, nous pouvons mesurer la différence de fréquence observée entre les deux lignes et la comparer avec les résultats du laboratoire. Parce que ce quasar est vu tel qu'il était 3 milliards d'années dans le passé et notre laboratoire est dans le présent, nous pouvons déterminer à quel point l'alpha est vraiment constant au fil du temps.
L'intégration de 150 heures à Arecibo permet de comparer les deux raies spectrales avec une très grande précision. Le résultat implique que l'alpha n'a pas changé de plus de 1,3 partie sur un million, dans ces 3 milliards d'années.
Pour rendre les mesures encore plus précises, il faudrait soit plus de temps au télescope, soit la chance de trouver un quasar plus éloigné avec un nuage OH similaire dans son voisinage. Par exemple, améliorer la précision d'un facteur 10 nécessiterait 100 fois plus de temps d'observation que ce qui a déjà été consacré au projet. Ce n'est pas une possibilité réaliste.
"Nous espérons que les recherches actuelles pour plus de candidats quasars montrant les lignes OH nécessaires seront couronnées de succès, " a noté le Dr Tapasi Ghosh. " Ceux-ci pourraient fournir des contraintes encore plus strictes sur toutes les variations possibles de cette constante atomique. "
Jusque là, la mesure d'Arecibo est le nouvel étalon-or pour définir à quel point nous sommes certains qu'une constante physique clé - une constante qui définit la taille et l'échelle mêmes de l'univers - est vraiment constante.
