メタノールによる基本定数の測定

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科学者が私たちの宇宙を理解しようとする天文モデリングプロセスの鍵は、これらのモデルを構成する値の包括的な知識です。モデルはしばしば私たちの宇宙のほとんど正確な画像を生成することが多いので、これは一般に良い仮定のようです。しかし、念のために言うと、天文学者はこれらの定数が空間や時間によって変化しないことを確認したいのです。ただし、確認するのは難しい課題です。幸いなことに、最近の論文では、メタノールの比較的一般的な分子を調べることにより、陽子と電子の基本質量(または少なくともそれらの比率)を調査できる可能性があることを示唆しています。

新しいレポートは、メタン分子の複雑なスペクトルに基づいています。単純な原子では、光子はエネルギーを保存および変換する他の方法がないため、原子軌道間の遷移から生成されます。しかし、分子の場合、構成要素の原子間の化学結合は、ばねに接続された質量が振動するのと同じように、振動モードでエネルギーを保存できます。さらに、分子は放射対称性を欠いており、回転によってエネルギーを蓄えることができます。このため、温度が低いと分子の形成が開始されるため、冷たい星のスペクトルは熱い星よりもはるかに多くの吸収線を示します。

これらのスペクトルの特徴の多くは、スペクトルのマイクロ波部分に存在し、一部は、プロトンと電子の正確な質量に依存する量子力学的効果に非常に依存しています。これらの質量が変化すると、一部のスペクトル線の位置も変化します。これらの変動を予想される位置と比較することにより、天文学者はこれらの基本的な値がどのように変化するかについて貴重な洞察を得ることができます。

主な難点は、物事の壮大な計画において、メタノール(CH3私たちの宇宙は98%水素とヘリウムなので、OH)はまれです。最後の2%は他のすべての元素で構成されています(次に一般的なのは酸素と炭素です)。したがって、メタノールは4つの最も一般的な元素のうち3つで構成されていますが、問題の分子を形成するために、お互いを検出する必要があります。その上、それらは適切な温度範囲内にも存在する必要があります。熱すぎて分子がばらばらになります。寒すぎて、それを検出するための放出を引き起こすのに十分なエネルギーがありません。これらの条件を持つ分子は希少であるため、特に銀河や宇宙全体でその分子を十分に見つけることは困難であると予想するかもしれません。

幸いなことに、メタノールは天文学的なメーザーを作成する傾向がある数少ない分子の1つです。メーザーは、レーザーのマイクロ波に相当するものであり、少量の光を入力すると、カスケード効果が発生し、衝突する分子が特定の周波数で光を放出するようになります。これにより、メタノールを含む雲の明るさが大幅に向上し、それを簡単に検出できる距離が広がります。

この手法を使用して天の川内のメタノールメーザーを研究したところ、電子の質量とプロトンの質量の比率が変化すると、1億分の3未満しか変化しないことがわかりました。トレーサー分子(メーザーを形成することもある)としてアンモニアを使用して同様の研究が行われ、同様の結論に達しています。

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