De sleutel tot het astronomische modelleerproces waarmee wetenschappers ons universum proberen te begrijpen, is een uitgebreide kennis van de waarden waaruit deze modellen bestaan. Dit lijkt over het algemeen een goede veronderstelling, aangezien modellen vaak meestal nauwkeurige afbeeldingen van ons universum produceren. Maar voor de zekerheid, astronomen willen er graag voor zorgen dat deze constanten niet in ruimte of tijd zijn veranderd. Ervoor zorgen is echter een moeilijke uitdaging. Gelukkig heeft een recent artikel gesuggereerd dat we de fundamentele massa's van protonen en elektronen (of in ieder geval hun verhouding) kunnen onderzoeken door te kijken naar het relatief veel voorkomende molecuul methanol.
Het nieuwe rapport is gebaseerd op de complexe spectra van het methaanmolecuul. In eenvoudige atomen worden fotonen gegenereerd door overgangen tussen atoomorbitalen, omdat ze geen andere manier hebben om energie op te slaan en te vertalen. Maar met moleculen kunnen de chemische bindingen tussen de samenstellende atomen de energie in trillingsmodi opslaan, net zoals massa's die met veren zijn verbonden, kunnen trillen. Bovendien missen moleculen radiale symmetrie en kunnen ze energie opslaan door rotatie. Om deze reden vertonen de spectra van koele sterren veel meer absorptielijnen dan hete omdat de lagere temperaturen ervoor zorgen dat moleculen zich beginnen te vormen.
Veel van deze spectrale kenmerken zijn aanwezig in het microgolfgedeelte van de spectra en sommige zijn extreem afhankelijk van kwantummechanische effecten die op hun beurt afhangen van precieze massa's van het proton en het elektron. Als die massa's zouden veranderen, zou de positie van sommige spectraallijnen ook veranderen. Door deze variaties te vergelijken met hun verwachte posities, kunnen astronomen waardevolle inzichten krijgen in hoe deze fundamentele waarden kunnen veranderen.
De grootste moeilijkheid is dat, in het grote geheel der dingen, methanol (CH3OH) is zeldzaam omdat ons universum voor 98% uit waterstof en helium bestaat. De laatste 2% bestaat uit elk ander element (waarbij zuurstof en koolstof de meest voorkomende zijn). Dus methanol bestaat uit drie van de vier meest voorkomende elementen, maar ze moeten elkaar vinden om het molecuul in kwestie te vormen. Bovendien moeten ze ook in het juiste temperatuurbereik bestaan; te heet en het molecuul wordt uit elkaar gebroken; te koud en er is niet genoeg energie om emissie te veroorzaken om het te detecteren. Vanwege de zeldzaamheid van moleculen met deze omstandigheden, zou je kunnen verwachten dat het een uitdaging zou zijn om er genoeg van te vinden, vooral in de hele melkweg of het universum.
Gelukkig is methanol een van de weinige moleculen die geneigd zijn astronomische masers te maken. Masers zijn het microgolfequivalent van lasers waarbij een kleine lichtinval een trapsgewijs effect kan veroorzaken waarbij het de moleculen die het treft induceert om ook licht uit te zenden bij specifieke frequenties. Dit kan de helderheid van een wolk die methanol bevat aanzienlijk vergroten, waardoor de afstand waarop het gemakkelijk kan worden gedetecteerd groter wordt.
Door met deze techniek methanolmasers in de Melkweg te bestuderen, ontdekten de auteurs dat, als de verhouding van de massa van een elektron tot die van een proton verandert, dit met minder dan drie delen op honderd miljoen gebeurt. Soortgelijke studies zijn ook uitgevoerd met ammoniak als tracermolecuul (dat ook masers kan vormen) en zijn tot vergelijkbare conclusies gekomen.
