Международная группа астрономов с беспрецедентной точностью определила количество гелия, образовавшегося в первые пять минут существования Вселенной. Исследование основано на 130 часах наблюдений с помощью Большого бинокулярного телескопа. Результаты представлены в пяти статьях, опубликованных в The Astrophysical Journal.
Учёным удалось сократить неопределённость измерения до 0,5%, что втрое лучше прежних оценок. Для этого они изучили 15 небольших удалённых галактик с крайне низким уровнем химической эволюции. Такие объекты сохранили признаки первоначального состава Вселенной и выступают своеобразными «космическими капсулами времени».
Исследователи отказались от традиционного подхода, при котором данные по большому числу галактик используют для расчёта содержания гелия до появления последующих поколений звёзд. Вместо этого они одновременно проанализировали более десяти спектральных линий гелия и 15 линий водорода. Специальные спектрографы MODS, созданные в Университете штата Огайо, помогли выявить и устранить небольшие источники погрешности, особенно важные при точности измерений менее 1%.
«Это физический эксперимент планетарного масштаба и одно из главных открытий за всю мою 40-летнюю карьеру», — заявил Эван Скиллман, заслуженный профессор Колледжа науки и инженерии Миннесотского университета в городах-побратимах. По его словам, полученное число напрямую описывает условия, существовавшие во Вселенной в первые пять минут, и позволяет проверить Стандартную модель физики.
Согласно теории Большого взрыва, около 13,8 млрд лет назад Вселенная начала расширяться из чрезвычайно горячего и плотного состояния. В пользу этой теории свидетельствуют расширение Вселенной, реликтовое микроволновое излучение и содержание лёгких элементов, включая гелий и дейтерий. Более точная оценка первичного гелия позволяет исследовать физические условия, существовавшие всего через несколько минут после начала расширения.
Полученные данные также позволили рассчитать число семейств нейтрино — чрезвычайно лёгких субатомных частиц, важных для понимания фундаментальной физики. «Мы обещали неопределённость в полпроцента в нашей заявке и достигли этого результата. В непредсказуемом мире науки такое происходит нечасто», — добавил Скиллман. В работе участвовали специалисты Миннесотского университета, Университета штата Огайо, Университета Гонзага, Северо-Западного университета, Техасского университета в Остине, Университета Индианы, Калифорнийского университета в Санта-Крусе, Иллинойсского университета, Национального автономного университета Мексики и TRIUMF.