In november publiceerde een team van onderzoekers van de Swinburne University of Technology en de University of Cambridge enkele zeer interessante bevindingen over een sterrenstelsel op ongeveer 8 miljard lichtjaar afstand. Met behulp van de Very Large Telescope (VLT) van de La Silla-sterrenwacht onderzochten ze het licht dat afkomstig was van het superzware zwarte gat (SMBH) in het midden.
Door dit te doen, konden ze vaststellen dat de elektromagnetische energie die uit dit verre sterrenstelsel kwam, hetzelfde was als wat we hier in de Melkweg waarnemen. Hieruit bleek dat een fundamentele kracht van het heelal (elektromagnetisme) in de tijd constant is. En op maandag 4 december volgde de ESO deze historische vondst op door de kleurenspectrummetingen van dit verre sterrenstelsel - bekend als HE 0940-1050 - vrij te geven.
Samenvattend, de meeste grote sterrenstelsels in het heelal hebben SMBH's als middelpunt. Deze enorme zwarte gaten staan erom bekend dat ze de materie consumeren die om hen heen draait, waardoor enorme hoeveelheden radio-, microgolf-, infrarood-, optische, ultraviolette (UV), röntgen- en gammastralen worden uitgestoten. Hierdoor zijn ze enkele van de helderste objecten in het bekende universum en zijn ze zelfs zichtbaar vanaf miljarden lichtjaren verwijderd.
Maar vanwege hun afstand moet de energie die ze uitstoten door het intergalactische medium gaan, waar het in contact komt met een ongelooflijke hoeveelheid materie. Hoewel het grootste deel hiervan bestaat uit waterstof en helium, zijn er ook sporen van andere elementen. Deze absorberen veel van het licht dat tussen verre melkwegstelsels en ons reist, en de absorptielijnen die hierdoor ontstaan, kunnen ons veel vertellen over de soorten elementen die er zijn.
Tegelijkertijd kan het bestuderen van de absorptielijnen geproduceerd door licht dat door de ruimte gaat, ons vertellen hoeveel licht er uit het oorspronkelijke quasarspectrum is verwijderd. Met behulp van het Ultraviolet en Visual Echelle Spectrograph (UVES) -instrument aan boord van de VLT konden het Swinburne- en Cambridge-team precies dat doen, waardoor ze een piek bereikten bij de "vingerafdrukken van het vroege heelal".
Wat ze ontdekten was dat de energie afkomstig van HE 0940-1050 erg vergelijkbaar was met die waargenomen in het Melkwegstelsel. Kortom, ze hebben het bewijs verkregen dat elektromagnetische energie consistent is in de tijd, iets wat voorheen een mysterie was voor wetenschappers. Zoals ze stellen in hun studie, die werd gepubliceerd in de Maandelijkse aankondigingen van de Royal Astronomical Society:
“Het standaardmodel van de deeltjesfysica is onvolledig omdat het de waarden van fundamentele constanten niet kan verklaren of hun afhankelijkheid van parameters zoals tijd en ruimte kan voorspellen. Daarom kan, zonder een theorie die deze getallen goed kan verklaren, hun bestendigheid alleen worden onderzocht door ze op verschillende plaatsen, tijden en omstandigheden te meten. Bovendien roepen veel theorieën die proberen de zwaartekracht te verenigen met de andere drie natuurkrachten, fundamentele constanten op die variëren.“
Omdat het 8 miljard lichtjaar verwijderd is en het sterk ingrijpende metaalabsorptielijnsysteem het elektromagnetische spectrum dat wordt uitgestraald door HE 0940-1050 centrale quasar onderzoekt - om nog maar te zwijgen van het vermogen om te corrigeren voor al het licht dat werd geabsorbeerd door het tussenliggende intergalactische medium - bood een unieke kans om nauwkeurig te meten hoe deze fundamentele kracht gedurende een zeer lange periode kan variëren.
Bovendien was de spectrale informatie die ze verkregen, van de hoogste kwaliteit die ooit door een quasar is waargenomen. Zoals ze verder hebben aangegeven in hun onderzoek:
“De grootste systematische fout in alle (op één na) eerdere vergelijkbare metingen, inclusief de grote monsters, waren vervormingen over lange afstanden in de golflengtekalibratie. Deze zouden een systematische fout van? 2 ppm toevoegen aan onze meting en tot? 10 ppm voor andere metingen met Mg- en Fe-overgangen. "
Het team heeft dit echter gecorrigeerd door de UVES-spectra te vergelijken met goed gekalibreerde spectra die zijn verkregen van de High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) - die zich ook op de La Silla-sterrenwacht bevindt. Door deze metingen te combineren, bleven ze achter met een resterende systematische onzekerheid van slechts 0,59 ppm, de laagste foutenmarge van alle spectrografische onderzoeken tot nu toe.
Dit is opwindend nieuws, en om meer redenen. Enerzijds stellen nauwkeurige metingen van verre sterrenstelsels ons in staat om enkele van de meest lastige aspecten van onze huidige kosmologische modellen te testen. Aan de andere kant is het een belangrijke vondst dat elektromagnetisme zich in de loop van de tijd op een consistente manier gedraagt, grotendeels omdat het verantwoordelijk is voor zoveel van wat er in ons dagelijks leven gebeurt.
Maar misschien wel het allerbelangrijkste: begrijpen hoe een fundamentele kracht als elektromagnetisme zich in tijd en ruimte gedraagt, is intrinsiek om uit te zoeken hoe het - evenals een zwakke en sterke atoomkracht - zich verenigt met de zwaartekracht. Ook dit was een bezigheid van wetenschappers, die nog steeds niet goed weten wat betreft het uitleggen hoe de wetten die interacties tussen deeltjes beheersen (dat wil zeggen de kwantumtheorie) verenigen met uitleg over hoe de zwaartekracht werkt (dat wil zeggen algemene relativiteit).
Door het vinden van metingen van de werking van deze krachten die niet variëren, kan dit helpen bij het creëren van een werkende Grand Unifying Theory (GUT). Een stap dichterbij om echt te begrijpen hoe het universum werkt!
