Redan i november publicerade ett team av forskare från Swinburne University of Technology och University of Cambridge några mycket intressanta fynd om en galax som ligger ungefär 8 miljarder ljusår bort. Med hjälp av La Silla Observatory's Very Large Telescope (VLT) undersökte de ljuset från det supermassiva svarta hålet (SMBH) i centrum.
På så sätt kunde de fastställa att den elektromagnetiska energin som kommer från denna avlägsna galax var densamma som vad vi observerar här i Vintergatan. Detta visade att en grundläggande kraft i universum (elektromagnetism) är konstant över tiden. Och på måndag den 4 december följde ESO upp detta historiska fynd genom att släppa färgspektrumavläsningarna för denna avlägsna galax - känd som HE 0940-1050.
För att sammanfatta har de flesta stora galaxer i universum SMBH: er i centrum. Dessa enorma svarta hål är kända för att konsumera det ämne som kretsar runt omkring dem och utvisar enorma mängder radio, mikrovågsugn, infraröd, optisk, ultraviolett (UV), röntgenstrålning och gammastrålenergi under processen. På grund av detta är de några av de ljusaste föremålen i det kända universum och är synliga även från miljarder ljusår bort.
Men på grund av deras avstånd måste energin som de avger passera genom det intergalaktiska mediet, där det kommer i kontakt med otrolig mängd materia. Även om det mesta av detta består av väte och helium, finns det spårmängder av andra element också. Dessa absorberar mycket av ljuset som rör sig mellan avlägsna galaxer och oss, och de absorptionslinjer som detta skapar kan berätta för oss mycket om de typer av element som finns där ute.
Samtidigt kan man studera absorptionslinjerna som produceras av ljus som passerar genom rymden hur mycket ljus som togs bort från det ursprungliga kvasarspektrumet. Med hjälp av Ultraviolet och Visual Echelle Spectrograph (UVES) -instrumentet ombord på VLT kunde Swinburne- och Cambridge-teamet göra just detta och därmed smyga en topp vid "fingeravtryck från det tidiga universum".
Vad de fann var att energin från HE 0940-1050 var mycket lik den som observerades i Vintergalaxen. I grund och botten erhöll de bevis på att elektromagnetisk energi är konsekvent över tid, något som tidigare var ett mysterium för forskare. Som de säger i sin studie, som publicerades i Månadsmeddelanden från Royal Astronomical Society:
”Standardmodellen för partikelfysik är ofullständig eftersom den inte kan förklara värdena på grundläggande konstanter eller förutsäga deras beroende av parametrar som tid och rum. Utan en teori som är i stånd att förklara dessa siffror kan deras konstanthet endast undersökas genom att mäta dem på olika platser, tider och förhållanden. Vidare åberopar många teorier som försöker förena tyngdkraften med de tre andra naturkrafterna grundläggande konstanter som är olika.“
Eftersom det är 8 miljarder ljusår bort, och dess starka ingripande metallabsorptionslinjesystem, undersöker det elektromagnetiska spektrumet som släpps ut av HE 0940-1050 centrala kvasaren - för att inte tala om förmågan att korrigera för allt ljus som absorberades av det mellanliggande intergalaktiska mediet - gav en unik möjlighet att exakt mäta hur denna grundläggande kraft kan variera under en mycket lång tid.
Dessutom råkade den spektrala informationen som de fick vara av högsta kvalitet någonsin observerats från en kvasar. Som de vidare angav i sin studie:
”Det största systematiska felet i alla (men en) tidigare liknande mätningar, inklusive de stora proverna, var distorsioner på lång avstånd i våglängdskalibreringen. Dessa skulle lägga till ett systematiskt fel på 2 ppm i vår mätning och upp till? 10 ppm till andra mätningar med Mg- och Fe-övergångar. "
Teamet korrigerade emellertid för detta genom att jämföra UVES-spektra med välkalibrerade spektra erhållna från Högps radiell hastighet Planet Searcher (HARPS) - som också är belägen vid La Silla Observatory. Genom att kombinera dessa avläsningar satt de kvar med en kvarvarande systematisk osäkerhet på bara 0,59 ppm, den lägsta felmarginalen från någon spektrografisk undersökning hittills.
Detta är spännande nyheter, och av fler skäl. Å ena sidan ger exakta mätningar av avlägsna galaxer oss möjlighet att testa några av de mest knepiga aspekterna av våra nuvarande kosmologiska modeller. Å andra sidan är det avgörande att bestämma att elektromagnetismen uppträder på ett konsekvent sätt över tiden, till stor del för att det är ansvarigt för så mycket av det som händer i våra dagliga liv.
Men kanske viktigast av allt är att förstå hur en grundläggande kraft som elektromagnetism uppträder över tid och rymd är avgörande för att ta reda på hur den - såväl som en svag och stark kärnkraft - förenar sig med allvar. Även detta har varit en upptäckt av forskare, som fortfarande är förlorade när det gäller att förklara hur lagarna som styr partiklarinteraktioner (dvs kvantteori) förenas med förklaringar om hur tyngdkraften fungerar (dvs. allmän relativitet).
Genom att hitta mätningar av hur dessa krafter fungerar som inte varierar kan det hjälpa till att skapa en fungerande Grand Unifying Theory (GUT). Ett steg närmare för att verkligen förstå hur universum fungerar!
