Почти весь гелий во Вселенной появился не в звёздах, а в первые минуты после Большого взрыва. Сколько его тогда образовалось — один из главных тестов современной космологии. Международная команда с участием Миннесотского университета и Университета штата Огайо измерила эту величину с рекордной точностью — около 0,5%. Результаты опубликованы серией статей в The Astrophysical Journal.
Кухня первых минут
Сразу после Большого взрыва Вселенная была настолько горячей, что атомные ядра не могли существовать. Через несколько минут она остыла, и протоны с нейтронами начали слипаться в лёгкие ядра — прежде всего в ядра гелия. Этот процесс называют первичным нуклеосинтезом. Минут через пять-двадцать Вселенная остыла настолько, что «кухня» закрылась, и доля гелия застыла.
Теория даёт очень конкретное предсказание: сколько гелия должно было получиться. Оно зависит от того, сколько во Вселенной обычного вещества и сколько существует типов лёгких частиц-нейтрино. Поэтому измерить первичный гелий — значит проверить, правильно ли мы понимаем самые первые минуты истории Вселенной.
Как измерить гелий, которому 13,8 миллиарда лет
Проблема в том, что звёзды за миллиарды лет тоже производят гелий и подмешивают его в межзвёздный газ. Поэтому астрономы ищут самые «нетронутые» места — небольшие галактики, где звёзд образовалось мало, а газ почти не загрязнён продуктами звёздной жизни. В облаках раскалённого газа этих галактик свечение гелия и водорода видно по ярким линиям в спектре.
Команда проекта LBT Yp потратила около 130 часов наблюдений на Большом бинокулярном телескопе в Аризоне. Учёные получили спектры таких облаков в бедных тяжёлыми элементами карликовых галактиках и сравнили яркость линий гелия и водорода.
Результат
По данным авторов, гелий составляет около 24,6% массы обычного вещества, рождённого Большим взрывом, а почти всё остальное — водород. Погрешность — около 0,5%, примерно в три раза меньше, чем у прежних оценок.
Самое главное — с чем это сравнить. Теория первичного нуклеосинтеза вместе с данными космического телескопа «Планк», изучавшего реликтовое излучение, предсказывает около 24,7%. Разница укладывается в погрешность измерений.
Почему это важно
Совпадение означает, что два совершенно разных способа изучать раннюю Вселенную — по свету далёких галактик и по реликтовому излучению — дают согласованную картину. Это сильное подтверждение модели Большого взрыва.
А ещё такая точность позволяет проверять физику частиц. Если бы существовали дополнительные, пока неизвестные лёгкие частицы, вроде лишних типов нейтрино, Вселенная в первые минуты расширялась бы быстрее, и гелия получилось бы больше. Авторы проекта рассчитывают, что их данные помогут ограничить число таких частиц с точностью около 3%.
Источники
Наука ближе, когда обсуждаем вместе.
Новые материалы, вопросы и подборки — в нашем Telegram.
