Ключом к процессу астрономического моделирования, с помощью которого ученые пытаются понять нашу вселенную, является всестороннее знание ценностей, составляющих эти модели. Это, как правило, кажется хорошим предположением, поскольку модели часто дают в основном точные изображения нашей вселенной. Но просто чтобы быть уверенным, астрономам нравится следить за тем, чтобы эти константы не менялись в пространстве и времени. Однако убедиться в том, что это сложная задача. К счастью, недавняя статья предположила, что мы можем исследовать фундаментальные массы протонов и электронов (или, по крайней мере, их соотношение), глядя на относительно распространенную молекулу метанола.
Новый отчет основан на сложных спектрах молекулы метана. В простых атомах фотоны генерируются в результате переходов между атомными орбиталями, поскольку у них нет другого способа хранить и переводить энергию. Но с молекулами химические связи между атомами компонентов могут накапливать энергию в колебательных режимах почти так же, как массы, связанные с пружинами, могут вибрировать. Кроме того, молекулы не имеют радиальной симметрии и могут накапливать энергию путем вращения. По этой причине спектры холодных звезд показывают гораздо больше линий поглощения, чем горячих, поскольку более низкие температуры позволяют молекулам начать формироваться.
Многие из этих спектральных особенностей присутствуют в микроволновой части спектра, а некоторые чрезвычайно зависят от квантово-механических эффектов, которые, в свою очередь, зависят от точных масс протона и электрона. Если бы эти массы изменились, положение некоторых спектральных линий также изменилось бы. Сравнивая эти вариации с их ожидаемыми положениями, астрономы могут получить ценную информацию о том, как эти фундаментальные ценности могут измениться.
Основная трудность заключается в том, что, по большому счету, метанол (СН3ОН) редко, так как наша вселенная на 98% состоит из водорода и гелия. Последние 2% состоят из любого другого элемента (кислород и углерод являются следующими наиболее распространенными). Таким образом, метанол состоит из трех из четырех наиболее распространенных элементов, но они должны найти друг друга, чтобы сформировать молекулу, о которой идет речь. Кроме того, они также должны существовать в правильном температурном диапазоне; слишком жарко и молекула разбита на части; слишком холодный и не хватает энергии, чтобы вызвать излучение, чтобы мы могли его обнаружить. Из-за редкости молекул в таких условиях вы можете ожидать, что найти достаточное количество этого вещества, особенно в галактике или вселенной, будет непросто.
К счастью, метанол является одной из немногих молекул, которые склонны к созданию астрономических мазеров. Мазеры являются микроволновым эквивалентом лазеров, в которых небольшой вход света может вызывать каскадный эффект, при котором индуцируемые им молекулы также излучают свет на определенных частотах. Это может значительно повысить яркость облака, содержащего метанол, увеличивая расстояние, на которое оно может быть легко обнаружено.
Изучая мазеры метанола в Млечном Пути, используя эту технику, авторы обнаружили, что, если отношение массы электрона к массе протона изменяется, оно изменяется менее чем на три части на сто миллионов. Подобные исследования также проводились с использованием аммиака в качестве молекулы-метки (которая также может образовывать мазеры) и пришли к аналогичным выводам.
