Ученые, включая специалистов Университета Миннесоты, добились рекордной точности в измерении количества первичного гелия, образовавшегося в первые пять минут после Большого взрыва. Результаты этой работы опубликованы в пяти статьях в журнале The Astrophysical Journal. Об этом сообщает портал Известия.
Для наблюдений использовался Большой бинокулярный телескоп, на котором астрономы провели 130 часов. Они отобрали 15 небольших удаленных галактик, чей химический состав почти не изменился с момента формирования. Эти объекты выступают своеобразными космическими капсулами времени, сохранившими информацию о ранней Вселенной.
Неопределенность измерения содержания первичного гелия удалось снизить до 0,5%. Это примерно втрое точнее предыдущих оценок. Такая точность позволяет проверять существующие представления о первых этапах космической истории и физических условиях, определявших образование легких элементов.
Эван Скиллман, заслуженный профессор Школы физики и астрономии Университета Миннесоты, назвал это масштабным физическим экспериментом и одним из самых значительных открытий за свою 40-летнюю карьеру. По его словам, полученное фундаментальное число конкретно говорит об условиях Вселенной в первые пять минут ее существования.
Согласно теории Большого взрыва, Вселенная начала расширяться из чрезвычайно горячего и плотного состояния около 13,8 млрд лет назад. В первые минуты сформировались легкие элементы, включая гелий и дейтерий. Их первоначальное количество зависело от физических условий того периода. Количество первичного гелия — один из ключевых способов проверить теорию Большого взрыва, наряду с расширением Вселенной и реликтовым излучением.
Ранее астрономы оценивали содержание гелия, наблюдая множество галактик и экстраполируя данные, что вносило дополнительную неопределенность. В новой работе исследователи сосредоточились на 15 малоизмененных галактиках, что позволило точнее оценить количество гелия в ранней Вселенной.
Для анализа использовались спектрографы MODS, разработанные при участии Университета штата Огайо. Команда одновременно изучила более 10 спектральных линий гелия и 15 линий водорода, что помогло выявить и скорректировать небольшие источники погрешности. Разработка этих приборов заняла 12 лет — от идеи до первых наблюдений.
Новые измерения важны не только для уточнения химического состава ранней Вселенной. Количество гелия зависит от условий первых ядерных реакций, включая число типов элементарных частиц. Используя уточненные данные, исследователи рассчитали количество семейств нейтрино в ранней Вселенной. Нейтрино — чрезвычайно легкие субатомные частицы, слабо взаимодействующие с веществом, но играющие важную роль в фундаментальной физике.
Полученные результаты позволяют точнее проверять Стандартную модель физики элементарных частиц. Сопоставление расчетов с астрономическими наблюдениями помогает выяснить, насколько хорошо эта модель описывает условия первых минут после Большого взрыва. Работа не опровергает теорию Большого взрыва, а уточняет один из важных параметров для ее проверки.