Fizikçilerin onlarca yıldır açıklamaya çalıştığı doğa yasalarını anlamamızda garip, can sıkıcı bir sorun var. Elektromanyetizma ile ilgili, atomların ve ışığın nasıl etkileştiği yasası, bu da neden yerden düşmediğinizden gökyüzünün neden mavi olduğuna kadar her şeyi açıklıyor.

Elektromanyetizma teorimiz, tartışmasız insanların şimdiye kadar yaptığı en iyi fiziksel teoridir – ancak elektromanyetizmanın neden bu kadar güçlü olduğuna dair bir cevabı yoktur. Elektromanyetizmanın α (aka alfa veya ince yapı sabiti ) olarak adlandırılan bir sayı ile ölçülen gücünü yalnızca deneyler söyleyebilir .

Teorinin ortaya çıkmasına yardımcı olan Amerikalı fizikçi Richard Feynman, bunu “fiziğin en büyük gizemlerinden biri” olarak nitelendirdi ve fizikçileri “bu sayıyı duvarlarına asıp endişelenmeye” çağırdı.

Science dergisinde yeni yayınlanan araştırmada , Güneşimizin neredeyse aynı ikizleri olan yıldızları inceleyerek galaksimizin farklı yerlerinde α’nın aynı olup olmadığını test etmeye karar verdik. α farklı yerlerde farklıysa, sadece elektromanyetizmanın değil, tüm doğa yasalarının birlikte nihai teorisini bulmamıza yardımcı olabilir – “her şeyin teorisi”.

En sevdiğimiz teoriyi kırmak istiyoruz

Fizikçiler gerçekten tek bir şey istiyorlar: mevcut fizik anlayışımızın bozulduğu bir durum. Yeni fizik. Mevcut teorilerle açıklanamayan bir sinyal. Her şeyin teorisi için bir tabela.

Onu bulmak için, karanlık madde parçacıklarının özel bir kristalle çarpışması için bir altın madeninde derin yeraltı bekleyebilirler. Veya dünyanın en iyi atom saatlerine , biraz farklı bir zaman söyleyip söylemediklerini görmek için yıllarca dikkatle bakabilirler. Veya Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın 27 km’lik halkasında (neredeyse) ışık hızında protonları bir araya getirin .

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

Elbette, kapsamlı ve en hassas şekilde aramanın en kolay olduğu Dünya üzerindeki laboratuvarlara bakıyoruz. Ama bu biraz sarhoşun , aslında, onları yolun diğer tarafında, karanlık bir köşede bir yerde kaybetmiş olabileceği halde, bir sokak lambasının altında kayıp anahtarlarını aramasına benziyor.

Birçok küçük siyah çizgi ile ayrıntılı bir gökkuşağı spektrumu

Yıldızlar korkunçtur, ama bazen çok benzerler

Güneşimizin neredeyse aynı ikizleri olan yıldızların aynı renk gökkuşağını üretip üretmediğini görmek için Dünya’nın ötesine, Güneş Sistemimizin ötesine bakmaya karar verdik. Yıldızların atmosferlerindeki atomlar, çekirdeklerindeki nükleer fırınlardan dışarıya doğru mücadele eden ışığın bir kısmını emer.

Gökkuşağında koyu çizgiler bırakarak yalnızca belirli renkler emilir. Soğurulan bu renkler α tarafından belirlenir – bu nedenle koyu çizgileri çok dikkatli bir şekilde ölçmek α’yı ölçmemize de olanak tanır.

Yıldızların çalkantılı atmosferlerinde köpüren daha sıcak ve soğuk gaz, yıldızlardaki soğurma çizgilerini laboratuvar deneylerinde görülenlerle karşılaştırmayı zorlaştırıyor. NSO / AURA / NSF , CC BY

Sorun şu ki, yıldızların atmosferleri hareket ediyor – kaynıyor, dönüyor, dönüyor, geğiriyor – ve bu da çizgileri değiştiriyor. Kaymalar, Dünya’daki laboratuvarlardaki aynı çizgilerle herhangi bir karşılaştırmayı ve dolayısıyla α’yı ölçme şansını bozar. Görünüşe göre yıldızlar elektromanyetizmayı test etmek için korkunç yerler.

Ama merak ettik: Birbirine çok benzeyen – birbirinin ikizleri – yıldızları bulursanız, belki onların karanlık, emilmiş renkleri de benzerdir. Bu yüzden 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, Güneşimizdeki soğurma çizgisi çiftleri ile Güneşimizden neredeyse ayırt edilemeyen 16 “güneş ikizi” arasındaki mesafeyi ölçtü.

Bu yıldızlardan gelen gökkuşakları, Şili’deki 3.6 metrelik Avrupa Güney Gözlemevi (ESO) teleskopunda 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. Handily, bu tam olarak ihtiyacımız olan verilerden oluşan bir hazine sağladı.

Şili’deki ESO 3.6 metrelik teleskop, son derece hassas tayfölçeri HARPS’ı kullanarak gezegenleri aramak için zamanının çoğunu Güneş benzeri yıldızları gözlemleyerek geçiriyor. İztok Bončina / ESO , CC BY

Bu enfes tayflardan, α’nın 17 güneş ikizinde şaşırtıcı bir kesinlikle aynı olduğunu gösterdik: milyarda sadece 50 parça. Bu, yüksekliğinizi Dünya’nın çevresiyle karşılaştırmak gibidir. α’nın şimdiye kadar yapılmış en hassas astronomik testi.

Ne yazık ki, yeni ölçümlerimiz favori teorimizi kırmadı. Ancak incelediğimiz yıldızların hepsi nispeten yakın, sadece 160 ışıkyılı uzaklıkta.

Sıradaki ne?

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

Bu bölgede, çok daha yüksek bir karanlık madde konsantrasyonu olmalı – gökbilimcilerin galakside ve ötesinde gizlendiğine inandıkları zor bir madde. α gibi, karanlık madde hakkında çok az şey biliyoruz ve bazı teorik fizikçiler , galaksimizin iç kısımlarının, bu iki “lanet olası fiziğin gizemi” arasındaki bağlantıları aramamız gereken karanlık köşe olabileceğini öne sürüyorlar.

Bu çok daha uzaktaki güneşleri en büyük optik teleskoplarla gözlemleyebilirsek, belki evrenin anahtarlarını bulabiliriz.