"Fiziğin En Büyük Gizemlerinden Biri": Elektromanyetizmanın Şimdiye Kadarki En Hassas Astronomik Testinde Uzak Güneşleri İnceledik

Doğanın kanunlarını anlayışımızda, fizikçilerin onlarca yıldır açıklamaya çalıştıkları, tuhaf, rahatsız edici bir sorun var. Bu, neden yeri delip düşmediğinizden gökyüzünün neden mavi olduğuna kadar her şeyi açıklayan, atomların ve ışığın nasıl etkileştiğinin kanunu elektromanyetizma hakkında.

Elektromanyetizma teorimiz, muhtemelen insanların şimdiye kadar yaptığı en iyi fiziksel teoridir - ancak elektromanyetizmanın neden bu kadar güçlü olduğuna dair bir cevabı yoktur. Elektromanyetizmanın α (alfa veya ince yapı sabiti) adı verilen bir sayı ile ölçülen gücünü size yalnızca deneyler söyleyebilir.

Teorinin ortaya çıkmasına yardımcı olan Amerikalı fizikçi Richard Feynman, bunu "fiziğin en büyük gizemlerinden biri" olarak adlandırdı ve fizikçileri "bu sayıyı duvarlarına asmaya ve bunun için endişelenmeye" çağırdı.

Science'ta yeni yayınlanan araştırmada, Güneşimizin neredeyse ikizi olan yıldızları inceleyerek α'nın galaksimizin farklı yerlerinde aynı olup olmadığını test etmeye karar verdik. α farklı yerlerde farklıysa, yalnızca elektromanyetizmanın değil, doğanın tüm kanunlarının bir arada olduğu nihai teoriyi, yani "her şeyin teorisini" bulmamıza yardımcı olabilir.

 

Favori teorimizi yıkmak istiyoruz

Fizikçiler gerçekten tek bir şey isterler: mevcut fizik anlayışımızın yıkıldığı bir durum. Yeni fizik. Mevcut teoriler tarafından açıklanamayan bir sinyal. Her şeyin teorisi için bir tabela.

Onu bulmak için, yerin derinliklerinde bir altın madeninde karanlık madde parçacıklarının özel bir kristalle çarpışmasını bekleyebilirler. Ya da biraz farklı bir zaman gösterip göstermediklerini görmek için yıllarca dünyanın en iyi atomik saatlerine dikkatle bakabilirler. Veya Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın 27 km'lik halkasında protonları (neredeyse) ışık hızında birbirine çarpabilirler.

Sorun şu ki, nereye bakılacağını bilmek zor. Mevcut teorilerimiz bize rehberlik edemez.

Elbette, kapsamlı ve en hassas şekilde arama yapmanın en kolay olduğu, Dünya'daki laboratuvarlara bakıyoruz. Ancak bu biraz, sarhoşun kayıp anahtarlarını sadece bir sokak lambasının altında aramasına benziyor, oysa aslında onları yolun diğer tarafında, karanlık bir köşede bir yerde kaybetmiş olabilir.

Güneşin gökkuşağı: Güneş ışığı burada, her biri yalnızca küçük bir renk aralığını kapsayan ayrı sıralara dağılarak, Güneş'in atmosferindeki atomlardan gelen çok sayıda koyu soğurma çizgisini ortaya çıkarıyor. N.A. Sharp / KPNO / NOIRLab / NSO / NSF / AURA

 

Yıldızlar korkunçlar ancak bazen korkunç derecede benzerler

Güneşimizin neredeyse ikizi olan yıldızların aynı gökkuşağı renklerini üretip üretmediğini görmek için Dünya'nın ötesine, Güneş Sistemimizin ötesine, bakmaya karar verdik. Yıldızların atmosferlerindeki atomlar, çekirdeklerindeki nükleer ocaklardan dışarıya doğru mücadele eden ışığın bir kısmını soğurur.

Yalnızca belirli renkler emilir ve gökkuşağında koyu çizgiler bırakır. Bu emilen renkler α tarafından belirlenir - bu nedenle koyu çizgileri çok dikkatli bir şekilde ölçmek α'yı da ölçmemizi sağlar.

Yıldızların çalkantılı atmosferlerinde fokurdayan daha sıcak ve daha soğuk gazlar, yıldızlardaki soğurma çizgilerini laboratuvar deneylerinde görülenlerle karşılaştırmayı zorlaştırır. NSO / AURA / NSF

 

Sorun şu ki, yıldızların atmosferleri hareket eder - kaynar, döner, geğirir - ve bu, çizgileri kaydırır. Kaymalar, Dünya'daki laboratuvarlarda aynı çizgilerle yapılan herhangi bir karşılaştırmayı ve dolayısıyla α'yı ölçme şansını bozar. Görünüşe göre yıldızlar elektromanyetizmayı test etmek için korkunç yerler.

Ancak merak ettik: birbirine çok benzeyen - birbirinin ikizleri olan - yıldızlar bulursanız, belki onların koyu, soğurulmuş renkleri de benzerdir. Dolayısıyla yıldızları Dünya'daki laboratuvarlarla karşılaştırmak yerine, Güneşimizin ikizlerini birbiriyle karşılaştırdık.

 

Güneş ikizleriyle yeni bir test

Swinburne Teknoloji Üniversitesi ve New South Wales Üniversitesi'ndeki öğrenci, doktora sonrası ve kıdemli araştırmacılardan oluşan ekibimiz, Güneşimiz ve 16 "güneş ikizindeki" - Güneşimizden neredeyse ayırt edilemeyen yıldızlar - soğurma çizgileri çiftleri arasındaki mesafeyi ölçtü.

Bu yıldızlardan gelen gökkuşakları, Şili'deki 3,6 metrelik Avrupa Güney Gözlemevi (ESO) teleskobunda gözlemlendi. Dünyanın en büyük teleskopu olmasa da, topladığı ışık, muhtemelen en iyi kontrol edilen, en iyi anlaşılan spektrografa beslenir: HARPS. Bu, ışığı renklerine ayırarak koyu çizgilerin ayrıntılı desenini ortaya çıkarır.

HARPS, zamanının çoğunu gezegenleri aramak için Güneş benzeri yıldızları gözlemleyerek geçirir. Bu, tam olarak ihtiyacımız olan verilerin hazinesini sağladı.

Şili'deki ESO 3,6 metrelik teleskop, zamanının çoğunu, son derece hassas spektrografı HARPS'ı kullanarak gezegenleri aramak için Güneş benzeri yıldızları gözlemleyerek geçirir. Iztok Bončina / ESO

 

Bu seçkin spektrumlardan, α'nın 17 güneş ikizinde aynı olduğunu şaşırtıcı bir hassasiyetle gösterdik: sadece milyarda 50. Bu, boyunuzu Dünya'nın çevresiyle karşılaştırmaya benzer. Bu, α'nın şimdiye kadar yapılmış en hassas astronomik testidir.

Ne yazık ki, yeni ölçümlerimiz favori teorimizi yıkmadı. Ancak incelediğimiz yıldızların tümü nispeten yakın, sadece 160 ışık yılı uzaklıkta.

 

Sırada ne var?

Yakın zamanda, çok daha uzakta, Samanyolu galaksimizin merkezine mesafenin yaklaşık yarısında, yeni güneş ikizleri tespit ettik.

Bu bölgede, çok daha yüksek bir karanlık madde - gök bilimcilerin galakside ve ötesinde gizlendiğine inandığı anlaşılması zor bir madde - konsantrasyonu olmalı. α gibi, karanlık madde hakkında da çok az şey biliyoruz ve bazı teorik fizikçiler galaksimizin iç kısımlarının bu iki "fizik gizemi" arasındaki bağlantıları aramamız gereken karanlık köşe olabileceğini öne sürüyorlar.

Çok daha uzaktaki bu güneşleri en büyük optik teleskoplarla gözlemleyebilirsek belki de evrenin anahtarlarını bulabiliriz.

 

Michael Murphy, Astrofizik Profesörü, Swinburne Teknoloji Üniversitesi

Bu makale The Conversation'da yayınlanmıştır.