Астрономы оценили содержание гелия из первых минут после Большого взрыва

Для понимания возникновения и эволюции Вселенной ученые исследуют не только удаленные галактики и звезды, но и химические элементы, которые сформировались на самых ранних этапах космической истории. Их количество предоставляет информацию о температуре, плотности и физических законах, действовавших вскоре после Большого взрыва. Астрономы смогли оценить содержание первичного гелия с точностью, значительно превышающей предыдущие данные. О том, как химический состав древних галактик помогает раскрыть тайны ранней Вселенной, рассказывается в публикации. Об этом сообщает Известия.

Исследователи, включая специалистов Университета Миннесоты, провели измерения количества гелия, образовавшегося в первые пять минут после Большого взрыва. Результаты были опубликованы в пяти статьях в журнале The Astrophysical Journal.

В ходе работы ученые использовали Большой бинокулярный телескоп, потратив в общей сложности 130 часов на наблюдения. Они исследовали 15 небольших удаленных галактик, химический состав которых с момента формирования остался почти неизменным. Это дало возможность получить данные о веществе, сохранившем особенности ранней Вселенной.

В результате удалось снизить неопределенность измерения содержания первичного гелия до 0,5%, что примерно в три раза точнее предыдущих оценок. Такая высокая точность позволяет ученым проверять существующие представления о первых этапах космической истории и о физических условиях, которые определяли образование легких элементов.

Эван Скиллман, заслуженный профессор Школы физики и астрономии Университета Миннесоты, отметил, что это масштабный физический эксперимент и одно из наиболее значительных открытий за его 40-летнюю карьеру. Он подчеркнул, что это фундаментальное число, которое конкретно говорит о условиях Вселенной в первые пять минут ее существования.

Согласно теории Большого взрыва, Вселенная начала расширяться из очень горячего и плотного состояния около 13,8 миллиардов лет назад. В первые минуты после начала расширения образовались легкие химические элементы, включая гелий и дейтерий. Их первоначальное количество зависело от физических условий, существовавших в тот период.

Количество первичного гелия является важным способом проверки теории Большого взрыва. Другие свидетельства включают продолжающееся расширение Вселенной и реликтовое излучение, сохранившееся до наших дней излучение ранней Вселенной.

Ранее астрономы часто оценивали первоначальное содержание гелия, наблюдая множество галактик и рассчитывая, каким был химический состав вещества до изменений, вызванных последующими поколениями звезд. Однако такой подход требовал экстраполяции, что могло вносить дополнительную неопределенность.

В новой работе исследователи сосредоточились на 15 галактиках, которые изменились сравнительно немного. Их вещество стало своеобразными космическими капсулами времени, что позволяет точнее оценить количество гелия в ранней Вселенной.

Для анализа астрономы использовали спектрографы MODS, разработанные с участием Университета штата Огайо. Эти приборы позволяют изучать спектр излучения и определять, какие химические элементы присутствуют в наблюдаемых объектах.

Команда одновременно изучила более 10 спектральных линий гелия и 15 линий водорода. Сопоставление сигналов помогло обнаружить и скорректировать небольшие источники погрешности, которые было трудно учитывать в предыдущих исследованиях. При измерениях с неопределенностью менее 1% даже незначительные эффекты могут существенно повлиять на итоговый результат.

Разработка спектрографов заняла 12 лет — от первоначальной идеи до первых наблюдений неба. По словам заслуженного профессора астрономии Университета штата Огайо Ричарда Погге, приборы создавались именно для решения подобных задач, связанных с измерением фундаментальных характеристик Вселенной.

Новые измерения важны не только для уточнения химического состава ранней Вселенной. Количество гелия, образовавшегося после Большого взрыва, зависит от условий, в которых происходили первые ядерные реакции, включая число типов элементарных частиц, существовавших в тот период. Используя уточненные данные о гелии, исследователи смогли рассчитать количество семейств нейтрино в ранней Вселенной.

Полученные результаты позволяют точнее проверить Стандартную модель физики элементарных частиц — теорию, описывающую известные фундаментальные частицы и их взаимодействия. Сопоставление расчетов с астрономическими наблюдениями помогает ученым выяснить, насколько хорошо эта модель описывает условия, существовавшие в первые минуты после Большого взрыва.

Работа не опровергает теорию Большого взрыва, а уточняет один из важных параметров, используемых для ее проверки. Чем точнее исследователи измеряют количество первичного гелия, тем строже они могут проверять физические модели ранней Вселенной и искать возможные расхождения между расчетами и наблюдениями.

Больше новостей и эксклюзивных видео смотрите в канале Самара Онлайн 24 в MAX