Проверено сохранение загадочной константы рядом с Солнечной системой

Австралийские ученые Технологического университета Суинберна и Университета Нового Южного Уэльса проверили, сохраняется ли постоянная тонкой структуры α в локальной области Млечного Пути. Для этого они определили спектры 16 звезд, близких к Солнечной системе, со свойствами, похожими на Солнце. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Science.

Постоянная тонкой структуры α (постоянная Зоммерфельда) — это фундаментальная константа, которая определяет силу электромагнитного взаимодействия. Ее численное значение равно 0,0073, однако остается загадкой, действительно ли оно не изменяется, поскольку его можно установить лишь экспериментально и оно не выводится из Стандартной модели физики элементарных частиц. Таким образом, ученые допускают, что эта константа потенциально может меняться в масштабах астрономических расстояний или с эволюцией Вселенной. Для проверки α проводятся наблюдения космических объектов, поскольку от постоянной зависят энергетические уровни атомов и, соответственно, длины волн линий поглощения, которые возникают, когда атомы поглощают излучение определенных частот.

В предыдущих исследованиях линии поглощения далеких газовых облаков в спектре фоновых квазаров ограничили изменения константы менее чем на одну часть на миллион, а наблюдения звезд-гигантов в Млечном Пути — менее чем на 2-6 частей на миллион. В то же время наиболее подходящими кандидатами служат солнцеподобные звезды, поскольку из-за обилия различных химических элементов в звездных атмосферах их спектры содержат тысячи четких линий поглощения. Однако во внешних слоях звезды происходят физические процессы, которые влияют на точность измерений, внося систематические ошибки, которые не дают провести точное сравнение длин волн спектральных линий.

Чтобы обойти эту проблему, ученые провели наблюдения за 16 звездами, чьи атмосферные свойства почти идентичны свойствам Солнца, с помощью 3,6-метрового телескопа Европейской южной обсерватории (ESO). Этот телескоп снабжен спектрографом HARPS — высокоточным инструментом, способным отслеживать мельчайшие сдвиги линий поглощения, что применяется для поиска экзопланет. Из 8843 линий, перечисленных в солнечном атласе, были выбраны 22 четкие линии от нейтральных атомов, включая натрий, кальций, титан, ванадий, хром, железо и никель.

Ученые определили верхнюю границу изменений значения постоянной в пределах 50 парсеков от Земли на уровне менее чем 50 частей на миллиард. Объединение результатов по всем рассмотренным звездам, включая Солнце, обеспечило точность 12 частей на миллиард. Таким образом, новое исследование улучшило предыдущие оценки верхнего предела изменения α в миллион раз и исключило существенные изменения постоянной в близких к Земле областях Млечного Пути.