Der Schlüssel zum astronomischen Modellierungsprozess, mit dem Wissenschaftler versuchen, unser Universum zu verstehen, ist ein umfassendes Wissen über die Werte, aus denen diese Modelle bestehen. Dies scheint im Allgemeinen eine gute Annahme zu sein, da Modelle häufig meist genaue Bilder unseres Universums liefern. Aber nur um sicherzugehen, möchten Astronomen sicherstellen, dass diese Konstanten nicht räumlich oder zeitlich variieren. Sicherzustellen ist jedoch eine schwierige Herausforderung. Glücklicherweise hat ein kürzlich veröffentlichtes Papier vorgeschlagen, dass wir in der Lage sein könnten, die Grundmassen von Protonen und Elektronen (oder zumindest deren Verhältnis) zu untersuchen, indem wir das relativ häufige Methanolmolekül betrachten.
Der neue Bericht basiert auf den komplexen Spektren des Methanmoleküls. In einfachen Atomen werden Photonen aus Übergängen zwischen Atomorbitalen erzeugt, da sie keine andere Möglichkeit haben, Energie zu speichern und zu übersetzen. Bei Molekülen können die chemischen Bindungen zwischen den Atomen die Energie in Schwingungsmoden speichern, ähnlich wie Massen, die mit Federn verbunden sind, schwingen können. Außerdem fehlt den Molekülen die radiale Symmetrie und sie können durch Rotation Energie speichern. Aus diesem Grund zeigen die Spektren kühler Sterne weitaus mehr Absorptionslinien als heiße, da die kühleren Temperaturen die Bildung von Molekülen ermöglichen.
Viele dieser spektralen Merkmale sind im Mikrowellenbereich der Spektren vorhanden, und einige hängen stark von quantenmechanischen Effekten ab, die wiederum von genauen Massen des Protons und des Elektrons abhängen. Wenn sich diese Massen ändern würden, würde sich auch die Position einiger Spektrallinien ändern. Durch den Vergleich dieser Variationen mit ihren erwarteten Positionen können Astronomen wertvolle Erkenntnisse darüber gewinnen, wie sich diese Grundwerte ändern können.
Die Hauptschwierigkeit besteht darin, dass im großen Schema der Dinge Methanol (CH3OH) ist selten, da unser Universum zu 98% aus Wasserstoff und Helium besteht. Die letzten 2% setzen sich aus jedem anderen Element zusammen (wobei Sauerstoff und Kohlenstoff am zweithäufigsten sind). Methanol besteht also aus drei der vier häufigsten Elemente, die sich jedoch finden müssen, um das betreffende Molekül zu bilden. Darüber hinaus müssen sie im richtigen Temperaturbereich vorhanden sein; zu heiß und das Molekül wird auseinander gebrochen; zu kalt und es gibt nicht genug Energie, um Emissionen zu verursachen, damit wir sie erkennen können. Aufgrund der Seltenheit von Molekülen unter diesen Bedingungen kann man erwarten, dass es schwierig ist, genug davon zu finden, insbesondere in der gesamten Galaxie oder im Universum.
Glücklicherweise ist Methanol eines der wenigen Moleküle, die dazu neigen, astronomische Masern zu erzeugen. Maser sind das Mikrowellenäquivalent von Lasern, bei denen ein geringer Lichteintrag einen Kaskadeneffekt verursachen kann, bei dem die Moleküle, auf die sie treffen, dazu gebracht werden, auch Licht mit bestimmten Frequenzen zu emittieren. Dies kann die Helligkeit einer Methanol enthaltenden Wolke erheblich verbessern und die Entfernung vergrößern, bis zu der sie leicht erkannt werden kann.
Bei der Untersuchung von Methanolmastern in der Milchstraße mit dieser Technik stellten die Autoren fest, dass sich das Verhältnis der Masse eines Elektrons zu der eines Protons um weniger als drei Teile von einhundert Millionen ändert. Ähnliche Studien wurden auch unter Verwendung von Ammoniak als Tracermolekül (das auch Masern bilden kann) durchgeführt und sind zu ähnlichen Ergebnissen gekommen.
