Verhältnis der Protonen- zur Elektronenmasse ist seit sieben Milliarden Jahren konstant

Amsterdam (Niederlande) – Sind die fundamentalen Naturkonstanten wirklich konstant? In den vergangenen Jahren haben Astronomen versucht, im Licht weit entfernter Objekte Änderungen von Naturkonstanten im Verlauf von mehreren Milliarden Jahren aufzuspüren – mit unterschiedlichen, umstrittenen Ergebnisse. Wissenschaftler präsentieren nun im Fachblatt „Science“ einen eindeutigen Befund: Eine wichtige Konstante, das Verhältnis der Protonen- zur Elektronenmasse, hatte vor sieben Milliarden Jahren genau den gleichen Wert wie heute.

Großes, weißes Teleskop, dessen Schüssel gen Himmel gerichtet ist. Es befindet sich freistehend auf einer Waldlichtung.
Radioteleskop Effelsberg

„Das Standardmodell der Physik baut auf den fundamentalen Naturkonstanten auf“, schreiben Julija Bagdonaite von der Universität Amsterdam und ihre Kollegen. „Es liefert aber keine Erklärung für ihre Werte und erfordert nicht, dass sie räumlich und zeitlich konstant sind.“ Etwaige Änderungen der Konstanten im Verlauf der kosmischen Geschichte würden aber im Licht ferner Himmelsobjekte Spuren hinterlassen. Denn Atome und Moleküle emittieren und absorbieren Strahlung bei ganz bestimmten Wellenlängen, und die Wellenlängen dieser Spektrallinien hängen von den Werten der Naturkonstanten ab.

Bagdonaite und ihre Kollegen haben mit dem 100 Meter großen Radioteleskop Effelsberg die Absorption durch Methanolmoleküle in der Galaxie PKS1830-211 beobachtet. Bestimmte Spektrallinien dieses Alkohols hängen besonders stark vom Verhältnis der Protonen- zur Elektronenmasse ab. Ein weiterer Vorteil ist, dass Methanol im Kosmos recht häufig vorkommt, in der Milchstraße konnten bislang über tausend Linien dieser Moleküle nachgewiesen werden. Die Suche nach extragalaktischen Absorptionen durch Methanol war bislang aber einzig bei PKS1830-211 erfolgreich, einer Galaxie, die genau in Sichtlinie zu einem weiter entfernten Quasar steht und einen Teil von dessen Strahlung absorbiert.

PKS1830-211 ist so weit von uns entfernt, dass das Licht sieben Milliarden Jahre von der Galaxie zu uns benötigt. Entsprechend sehen die Astronomen das Sternsystem so, wie es vor sieben Milliarden Jahren aussah – und die gemessenen Absorptionslinien hängen vom Wert der Naturkonstanten vor sieben Milliarden Jahren ab. Bagdonaite und ihre Kollegen errechnen aus ihren Messungen ein „Null-Ergebnis“ für eine Änderung des Verhältnisses der Protonen- zur Elektronenmasse – mit anderen Worten: zumindest diese fundamentale Naturkonstante ist seit sieben Milliarden Jahren konstant.