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迄今为止最准确的电磁天文测试

信用:美国国家航空航天局

我们对自然法则的理解存在一个令人尴尬和令人不安的问题,物理学家几十年来一直试图解释这一点。 它是关于电磁学的,即原子和光如何相互作用的定律,它解释了一切,从你为什么不倒在地上到为什么天空是蓝色的。


我们的 理论 电磁学理论可以说是人类有史以来最好的物理理论——但它没有回答为什么电磁学如此强大。 只有实验才能告诉你电磁的强度,它是由一个称为 α(也称为 alpha,或 微观结构常数)。

帮助提出这一理论的美国物理学家理查德费曼, 这就是所谓的 “物理学最大的谜团之一,”他敦促物理学家“把这个数字挂在墙上,然后担心它。”

在刚刚发表的一项研究中 科学,我们决定通过研究几乎与太阳同卵双胞胎的恒星,来测试我们银河系内不同地方的 α 是否相同。 如果α在不同的地方不同,它可能会帮助我们找到终极理论,不仅仅是电磁学,而是所有自然法则的共同点——“万物理论”。

我们想打破我们最喜欢的理论

物理学家真的想要一件事:我们目前对物理学的理解正在崩溃。 新物理学。 当前理论无法解释的信号。 卓越的万物理论。

“物理学中最大的谜团之一”:在最精确的电子天文测试中研究遥远的太阳

太阳的彩虹:这里的阳光分散成不同的行,每行只覆盖一小部分颜色,以揭示太阳大气中原子的许多黑暗吸收条纹。 图片来源:NA Sharp/KPNO/NOIRLab/NSO/NSF/AURA,抄送

为了找到它,他们可能会等待 在地球深处的金矿 暗物质粒子与一种特殊的晶体碰撞。 或者可能 照顾世界上最好的原子手表 多年来,看看她是否告诉我们一个略有不同的时间。 或将质子粉碎在一起(大致) 光速 在 27 公里的环路中 大型强子对撞机.

问题是很难知道去哪里找。 我们目前的理论无法指导我们。

当然,我们是在地球上的实验室里研究,更容易全面、准确地研究。 但这有点类似于文件 醉汉只是在灯柱下寻找丢失的钥匙 虽然实际上他可能在路的另一边,某个黑暗的角落里把它们弄丢了。

星星很棒,但有时它们非常相似

我们决定放眼地球之外,在我们身后 太阳系,看看与我们的太阳看起来几乎是同卵双胞胎的恒星是否会产生与彩虹相同的颜色。 恒星大气中的原子吸收了一些从它们核心的核炉中发出的光。

只有某些颜色被吸收,在彩虹中留下深色条纹。 那些被吸收的颜色是由 α 决定的——因此非常仔细地测量暗线也可以让我们测量 α。

“物理学中最大的谜团之一”:在最精确的电子天文测试中研究遥远的太阳

流过恒星湍流大气的更热和更冷的气体使得很难将恒星的吸收线与实验室实验中看到的吸收线进行比较。 学分:NSO/AURA/NSF,抄送

问题是恒星的外壳会移动——沸腾、旋转、旋转、打嗝——这会改变线条。 这些变化破坏了与地球实验室中相同线的任何比较,因此也破坏了测量 α 的任何机会。 星星似乎是测试电磁的可怕场所。

但我们想知道:如果你发现非常相似的恒星——彼此是双胞胎——也许它们的深色、吸收性的颜色也相似。 因此,我们没有将恒星与地球上的实验室进行比较,而是将太阳的双胞胎彼此进行比较。

太阳双胞胎的新测试

我们在斯威本科技大学和新南威尔士大学的学生、博士后和高级研究人员团队测量了太阳和 16 颗“太阳双胞胎”(几乎与我们的太阳无法区分的恒星)中吸收线对之间的间距。

这些恒星的彩虹已被观测到 欧洲南方天文台 (ESO) 望远镜 3.6 米长 在智利。 虽然它不是世界上最大的望远镜,但它收集的光可能会被输入到最好的控制和理解的光谱仪中: 竖琴. 这将光线分成不同的颜色,显示出暗线的详细图案。

HARPS 大部分时间都在观察类太阳恒星以寻找行星。 事实上,这提供了我们需要的大量数据。

“物理学中最大的谜团之一”:在最精确的电子天文测试中研究遥远的太阳

ESO 位于智利的 3.6 米望远镜将大部分时间用于观察类太阳恒星,以利用其极其精确的光谱仪 HARPS 寻找行星。 图片来源:Iztok Bončina / ESO,CC BY

从这些非凡的光谱中,我们以惊人的准确度证明了 α 在 17 个太阳双胞胎中是相同的:只有十亿分之 50。 这就像将您的身高与地球的周长进行比较。 这是对 α 进行过的最准确的天文测试。

不幸的是,我们的新测量并没有打破我们最喜欢的理论。 但是 星星 我们都对它进行了相对较近的研究,距离我们只有 160 光年。

下一步是什么?

我们最近在更远的地方发现了新的太阳双胞胎,大约在我们银河系中心的一半处。

在这个区域,应该有更高浓度的暗物质——天文学家认为这种难以捉摸的物质潜伏在整个银河系内外。 像α一样,我们对暗物质知之甚少,并且 一些理论物理学家 我们建议银河系的内部可能只是我们应该寻找这两个“可怕的物理学谜题”之间联系的黑暗角落。

如果我们能用最大的光学望远镜观察这些遥远的太阳,我们可能会找到打开宇宙的钥匙。

更多信息:
Michael T. Murphy 等人,从附近类太阳恒星的光谱中限制精细结构常数的变化, 科学 (2022 年)。 DOI: 10.1126 / science.abi9232

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报价单:“物理学中最大的谜团之一”:迄今为止最准确的电磁天文学测试(2022 年 11 月 11 日)于 2022 年 11 月 11 日检索自 https://phys.org/news/2022-11-greatest-damn-mysteries -物理肯定.html

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