ASTROFÍSICA

Las constantes fundamentales han permanecido sin cambios durante más de 12.000 millones de años

El estudio de las líneas de espectro de un quásar muy lejano indica que no ha habido variación en al menos 12.400 millones de años. Esto implica que en este tiempo no ha habido variación en las masas relativas del protón y el electrón en este tiempo y que las constantes no han variado. 

Imagen del campo ultraprofundo
Imagen del campo ultraprofundo Telescopio Hubble

Cuando pensamos en el futuro, en el nuestro, en el de la Humanidad entera, en el del planeta o en del Sistema Solar, asumimos, sin ser conscientes de ello, de que habrá cosas que siempre serán iguales: un segundo siempre será un segundo, la masa de las partículas siempre será la misma y las constantes fundamentales de la física permanecerán constantes. Pero esto no tiene porque ser así, no existe nada que obligue a ello. Por eso una mirada al pasado nos dirá qué ha ocurrido con estos valores y, de esta manera, poder estimar qué puede pasar en el futuro.

Las constantes fundamentales podrían haber variado a lo largo de la evolución del universo.

El estudio del espectro de un quásar muy lejano llevado a cabo por Julija Bagdonaite, de la Vrije Universiteit (Holanda), y sus colegas lleva a la conclusión de que no existe variación en líneas espectrales producidas hace 12.400 millones de años, lo que implica que en este tiempo no ha habido variación en las masas relativas del protón y el electrón.

La cuestión es por qué podrían cambiar las constantes y las masas con el tiempo. Ciertos modelos predicen que la energía oscura que acelera la expansión del universo es un campo que cambia a escalas de tiempo cosmológico. Es esta variación temporal la que podría afectar a ciertas cantidades fundamentales relacionadas con fuerzas y masas.

Los astrofísicos pueden estudiar estas cosas observando objetos muy distantes.

Una explicación posible para la energía oscura es que podría surgir de un campo escalar que todo lo invade, similar al campo Higgs. Un campo así interaccionaría probablemente con las partículas, y estas interacciones podrían influir en algunos valores fundamentales, haciendo que cambiasen conforme el campo escalar evoluciona con el tiempo. Es para comprobar esta posible evolución por lo que los científicos suelen estudiar objetos astrofísicos muy distantes que emitieron su luz hace miles de millones de años.

Para la razón entre las masas del protón y el electrón los astrónomos se fijan en los desplazamientos en las longitudes de onda a las que las moléculas absorben luz. La mayoría de moléculas solo pueden observarse en objetos relativamente cercanos pero el hidrógeno molecular (H2) es lo suficientemente abundante como para ser observado a largas distancias. Bagdonaite y sus colaboradores analizaron el espectro de un quásar muy lejano (J1443+2724) e identificaron las líneas de absorción que produjo el Hde una galaxia en el camino de la luz del quásar cuando el universo solo tenía 1.500 millones de años.

Las líneas muestran que no ha habido desplazamiento (aparte del corrimiento hacia el rojo esperable por la distancia) cuando se comparan con los valores que se miden hoy día en la Tierra. Este resultado establece un límite superior de solo unas pocas partes por millón a la variación que podría experimentar la razón entre las masas de protón y electrón. Esto implicaría que el campo escalar de la energía oscura, de existir, habría cambiado muy poco durante el 90% de la vida del universo.

Referencia: J. Bagdonaite, W. Ubachs, M. T. Murphy & J. B. Whitmore (2015) Constraint on a Varying Proton-Electron Mass Ratio 1.5 Billion Years after the Big Bang Phys. Rev. Lett. 114, 071301 DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.071301 

* Este artículo es parte de ‘Proxima’, una colaboración semanal de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV con Next. Para saber más, no dejes de visitar el Cuaderno de Cultura Científica.


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