(The following is a guest post by Franco Albareti, a PhD candidate at Universidad Autónoma de Madrid. It is based on recent work with co-workers Johan Comparat and Francisco Prada, which was published last year in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.)

The physical models we use to describe the world around us and predict new phenomena have some free parameters or constants. These parameters must be adjusted to what is experimentally observed. Among them, those known as the fundamental constants of Nature play a central role in our theoretical understanding of physics.

Los modelos físicos que usamos para describir el mundo a nuestro alrededor y predecir nuevos fenómenos contienen parámetros o constantes sin determinar. Estos parámetros deben ajustarse según lo que se observa experimentalmente. Entre ellos, aquellos conocidos como las constantes fundamentales de la Naturaleza desempeñan un papel fundamental en nuestra comprensión teórica de la Física.

In particular, the fine-structure constant (informally called “α”) tells us the strength of electromagnetic interactions. These interactions are responsible for most of the natural phenomena around us. The correct understanding and description of how they work is not only one of the major achievement of science, but had a tremendous impact on modern life, for instance in telecommunications. The BOSS cosmological survey, one of the surveys within SDSS, has constrained the time variation of the fine-structure constant or, alternatively, the strength of the electromagnetic interactions over more than half the age of our Universe (7 Gyrs).

En particular, la constante de estructura fina (para los amigos, “α”) nos da información sobre la fuerza de las interacciones electromagnéticas. Estas interacciones son responsables de la mayoría de los fenómenos naturales que nos rodean. El hecho de que seamos capaces de entender y describir correctamente cómo funcionan, no sólo es uno de los grandes hitos de la Ciencia, sino que también ha tenido un impacto radical en nuestra forma de vida, por ejemplo, en las telecomunicaciones. El cartografiado cosmológico BOSS, uno de los cartografiados que forman parte del SDSS, ha restringido la variación temporal de la constante de estructura fina o, en otras palabras, la fuerza de las interacciones electromagnéticas durante un período de tiempo que abarca más de la mitad de la edad del Universo (7 Ga).

Any change in the fine-structure constant value will leave its imprint on the separation between two characteristic spectral lines of oxygen, see figure 1 below. These lines are emitted by quasars (extremely luminous galaxies whose light reaches us from the furthest places in the Universe). Thus, a bigger or smaller separation between those lines means that the electromagnetic interactions were stronger or weaker when the light was emitted.

Cualquier cambio en el valor de la constante de estructura fina afectará la separación entre dos líneas espectrales del Oxígeno (ver figura 1). Estas líneas son emitidas por cuásares (galaxias extremadamente luminosas cuya luz nos llega desde los lugares más recónditos de nuestro Universo). Una separación mayor o menor entre estas líneas espectrales significa que las interacciones electromagnéticas eran más fuertes/débiles cuando la luz fue emitida.

Members of the SDSS collaboration have concluded that the value of the fine-structure constant has remained the same over the last 7 billions years in 1 part in 50,000 (figure 2). For this, more than 10,000 quasar spectra collected by BOSS were used (figure 3).

Miembros de la Colaboración SDSS han concluido que el valor de la constante de estructura fina no ha variado durante los últimos 7 mil millones de años en más de una parte en 50.000 (figura 2). Para ello. más de 10.000 espectros de cuásares tomados por BOSS han sido analizados (figura 3).

Animation -> The animation below shows an image of a quasar, its full optical spectrum (bottom left), a zoom in the oxygen lines used for the analysis (bottom right), and the measured value of the variation of the fine-structure constant as a function of redshift (top panel). It only displays 200 objects among the >10,000 quasars used for the research. (It starts slow so you can pay attention to all of the information, but then it goes faster)

Animación -> Esta animación muestra una imagen de un cuásar, junto con su espectro en el óptico (parte inferior izquierda), un zoom en las líneas de Oxígeno usadas para el análisis (parte inferior derecha), y el valor medido de la variación de la constante de estructura fina como función del corrimiento al rojo (parte superior). La animación sólo muestra 200 objetos de entre los >10.000 cuásares usados para la investigación. (Empieza despacio para que uno se pueda fijar en toda la información que se muestra, pero luego empieza a ir más rápido.)

To reach further in the past, when the Universe was five times younger, a dedicated observational program, APOGEE-Q (APOGEE Quasar Survey), is being developed in order to not only measure a variation on the fine-structure constant, but study supermassive black hole masses and quasar redshifts. This program will use an infrared spectrograph from the APOGEE survey instead of the optical one used by BOSS. This allows us to observe the infrared region of the electromagnetic spectrum, where the oxygen lines emitted by distant quasars are found due to the cosmological expansion of the Universe. It will start to take the first data during 2016.

Para remontarnos todavía más atrás en el tiempo, cuando el Universo era cinco veces más joven, un programa observacional específico, APOGEE-Q: APOGEE Quasar Survey, está siendo desarrollado para, no sólo medir la variación de la constante de estructura fina, sino también para estudiar agujeros negros súper masivos y corrimientos al rojo de cuásares. Este programa usará un espectrógrafo infrarrojo del cartografiado APOGEE en vez del espectrógrafo óptico usado por BOSS. Esto nos permitirá observar la región infrarroja del espectro electromagnético, que es donde se encuentran las líneas del Oxígeno emitidas por cuásares muy lejanos debido a la expansión cosmológica del Universo. El programa empezará a tomar los primeros datos en 2016.