Un nombre fondamental qui affecte la couleur de la lumière émise par les atomes ainsi que toutes les interactions chimiques n'a pas changé depuis plus de 7 milliards d'années, selon les observations d'une équipe d'astronomes cartographiant l'évolution des galaxies et de l'univers.
Les résultats sont annoncés aujourd'hui (lundi 18 avril) lors de la réunion annuelle de l'American Physical Society (APS) par l'astronome Jeffrey Newman, un Hubble Fellow au Lawrence Berkeley National Laboratory représentant DEEP2, une collaboration dirigée par l'Université de Californie, Berkeley et UC Santa Cruz. Newman présente les données et une mise à jour sur le projet DEEP2 à 13 heures. Conférence de presse EDT à l'hôtel Marriott Waterside de Tampa, en Floride.
La constante de structure fine, l'un des rares nombres purs qui occupent un rôle central en physique, apparaît dans presque toutes les équations impliquant l'électricité et le magnétisme, y compris celles décrivant l'émission d'ondes électromagnétiques - la lumière - par les atomes. Malgré sa nature fondamentale, cependant, certains théoriciens ont suggéré qu'il change subtilement à mesure que l'univers vieillit, reflétant un changement dans l'attraction entre le noyau atomique et les électrons qui bourdonnent autour de lui.
Au cours des dernières années, un groupe d'astronomes australiens a rapporté que la constante a augmenté au cours de la vie de l'univers d'environ une partie sur 100 000, sur la base de ses mesures de l'absorption de la lumière des quasars éloignés lorsque la lumière traverse les galaxies plus près. à nous. Cependant, d'autres astronomes n'ont trouvé aucun changement de ce type en utilisant la même technique.
Les nouvelles observations de l'équipe d'enquête DEEP2 utilisent une méthode plus directe pour fournir une mesure indépendante de la constante et ne montrent aucun changement dans une partie sur 30 000.
«La constante de structure fine définit la force de la force électromagnétique, qui affecte la façon dont les atomes se tiennent ensemble et les niveaux d'énergie à l'intérieur d'un atome. À un certain niveau, cela aide à établir l'échelle de toute la matière ordinaire composée d'atomes », a déclaré Newman. "Ce résultat nul signifie que les théoriciens n'ont pas besoin de trouver une explication pour expliquer pourquoi cela changerait autant."
La constante de structure fine, désignée par la lettre grecque alpha, est un rapport d'autres «constantes» de la nature qui, dans certaines théories, pourraient changer au cours du temps cosmique. Égal au carré de la charge de l'électron divisé par la vitesse de la lumière constante de Planck, l'alpha ne changerait, selon une théorie récente, que si la vitesse de la lumière changeait avec le temps. Certaines théories de l'énergie sombre ou de la grande unification, en particulier celles qui impliquent de nombreuses dimensions supplémentaires au-delà des quatre de l'espace et du temps que nous connaissons, prédisent une évolution progressive de la constante de structure fine, a déclaré Newman.
DEEP2 est une étude sur cinq ans de galaxies distantes de plus de 7 à 8 milliards d'années-lumière dont la lumière a été étirée ou décalée vers le rouge pour presque doubler sa longueur d'onde d'origine par l'expansion de l'univers. Bien que le projet collaboratif, soutenu par la National Science Foundation, n'ait pas été conçu pour rechercher des variations dans la constante de structure fine, il est devenu clair qu'un sous-ensemble des 40000 galaxies observées jusqu'à présent servirait cet objectif.
"Dans cette gigantesque enquête, il s'avère qu'une petite fraction des données semble être parfaite pour répondre à la question que Jeff pose", a déclaré le chercheur principal de DEEP2 Marc Davis, professeur d'astronomie et de physique à UC Berkeley. "Cette enquête est vraiment à usage général et servira un million d'utilisations."
Il y a plusieurs années, l'astronome John Bahcall de l'Institute for Advanced Study a souligné que, dans la recherche de variations de la constante de structure fine, la mesure des raies d'émission des galaxies éloignées serait plus directe et moins sujette aux erreurs que la mesure des raies d'absorption. Newman s'est rapidement rendu compte que les galaxies DEEP2 contenant des raies d'émission d'oxygène étaient parfaitement adaptées pour fournir une mesure précise de tout changement.
"Lorsque les résultats contradictoires des lignes d'absorption commencent à apparaître, j'ai eu l'idée que, puisque nous avons toutes ces galaxies à décalage vers le rouge élevé, nous pouvons peut-être faire quelque chose non pas avec des lignes d'absorption, mais avec des lignes d'émission dans notre échantillon", a déclaré Newman. "Les lignes d'émission seraient très légèrement différentes si la constante de structure fine changeait."
Les données DEEP2 ont permis à Newman et à ses collègues de mesurer la longueur d'onde des raies d'émission d'oxygène ionisé (OIII, c'est-à-dire l'oxygène qui a perdu deux électrons) avec une précision meilleure que 0,01 angströms sur 5000 angströms. Un angström, de la largeur d'un atome d'hydrogène, équivaut à 10 nanomètres.
"Il s'agit d'une précision surpassée uniquement par les personnes qui tentent de rechercher des planètes", a-t-il déclaré, faisant référence à la détection de faibles oscillations dans les étoiles dues à des planètes tirant sur l'étoile.
L'équipe DEEP2 a comparé les longueurs d'onde de deux raies d'émission OIII pour 300 galaxies individuelles à différentes distances ou décalages vers le rouge, allant d'un décalage vers le rouge d'environ 0,4 (il y a environ 4 milliards d'années) à 0,8 (il y a environ 7 milliards d'années). La constante de structure fine mesurée n'était pas différente de la valeur actuelle, qui est d'environ 1/137. Il n'y avait pas non plus de tendance à la hausse ou à la baisse de la valeur de l'alpha au cours de cette période de 4 milliards d'années.
"Notre résultat nul n'est pas la mesure la plus précise, mais une autre méthode (en regardant les raies d'absorption) qui donne des résultats plus précis implique des erreurs systématiques qui amènent différentes personnes utilisant la méthode à produire des résultats différents", a déclaré Newman.
Newman a également annoncé lors de la réunion de l'APS la publication de la première saison (2002) de données de l'enquête DEEP2, qui représente 10% des 50 000 galaxies éloignées que l'équipe espère étudier. DEEP2 utilise le spectrographe DEIMOS sur le télescope Keck II à Hawaï pour enregistrer le décalage vers le rouge, la luminosité et le spectre de couleurs de ces galaxies éloignées, principalement pour comparer le regroupement des galaxies d'alors et d'aujourd'hui. L'enquête, maintenant terminée à plus de 80%, devrait terminer ses observations cet été, avec une publication complète des données d'ici 2007.
"Il s'agit vraiment d'un ensemble de données unique pour contraindre à la fois l'évolution des galaxies et l'évolution de l'univers au fil du temps", a déclaré Newman. «Le Sloan Digital Sky Survey effectue des mesures jusqu'à environ le décalage vers le rouge 0,2, en remontant les 2-3 derniers milliards d'années. Nous commençons vraiment à un décalage vers le rouge de 0,7 et culminons à 0,8 ou 0,9, ce qui équivaut à 7 à 8 milliards d'années, à une époque où l'univers était à moitié aussi vieux qu'aujourd'hui. »
L'enquête a également achevé des mesures qui pourraient éclairer la nature de l'énergie sombre - une énergie mystérieuse qui imprègne l'univers et semble provoquer l'accélération de l'expansion de l'univers. L'équipe modélise maintenant diverses théories de l'énergie sombre pour comparer les prévisions théoriques avec les nouvelles mesures DEEP2.
Comme Davis l'a expliqué, la quantité d'énergie sombre, maintenant estimée à 70% de toute l'énergie dans l'univers, détermine l'évolution des galaxies et des amas de galaxies. En comptant le nombre de petits groupes et d'amas massifs de galaxies dans un volume lointain de l'espace en fonction de leur décalage vers le rouge et de leur masse, il est possible de mesurer l'ampleur de l'expansion de l'univers jusqu'à nos jours, qui dépend de la nature d'énergie sombre.
«Fondamentalement, vous comptez les grappes et demandez:« Y en a-t-il beaucoup ou quelques-unes? », A déclaré Davis. "C'est tout ce que cela représente. S'il y a très peu de grappes, cela signifie que l'univers s'est beaucoup développé. Et s'il y a beaucoup de clusters, l'univers ne s'est pas autant développé. "
Davis compare actuellement les mesures DEEP2 avec les prédictions de la théorie de l'énergie noire la plus simple, mais espère collaborer avec d'autres théoriciens pour tester des théories de l'énergie sombre plus exotiques.
"Ce qu'ils essaient vraiment de comprendre, c'est comment la densité de l'énergie sombre évolue à mesure que l'univers se développe", a déclaré le physicien théoricien d'UC Berkeley, Martin White, professeur d'astronomie et de physique qui a travaillé avec Davis. "Si la densité d'énergie sombre est la constante cosmologique d'Einstein, alors la prédiction théorique est qu'elle ne change pas. Le Saint-Graal est maintenant d'obtenir des preuves que ce n'est pas la constante cosmologique, qu'elle est en fait en train de changer. »
Source d'origine: UC Berkeley
