Международная группа исследователей с точностью до 0,5% определила количество первичного гелия, образовавшегося в первые пять минут существования Вселенной. Для этого учёные изучили 15 небольших удалённых галактик, химический состав которых почти не изменился со времени их формирования. Результаты работы опубликованы в пяти статьях журнала The Astrophysical Journal, о чём сообщает SciTechDaily.
Наблюдения продолжались 130 часов и проводились с помощью Большого бинокулярного телескопа. Спектрографы MODS, созданные в Университете штата Огайо, разложили свет галактик на отдельные длины волн. По характерным спектральным линиям специалисты одновременно оценили содержание гелия и водорода.
Исследователи проанализировали более десяти линий гелия и 15 линий водорода. Такой подход позволил учесть небольшие систематические эффекты, способные постоянно смещать результаты относительно истинного значения. Ранее ими пренебрегали, однако при точности измерений менее 1% подобные поправки стали необходимыми.
«Спектрографы MODS создавались 12 лет — от замысла до первого наблюдения неба. Именно для таких задач мы их и проектировали, поэтому увидеть результат их работы чрезвычайно приятно. Не каждый день удаётся помочь создать приборы, измеряющие фундаментальные свойства нашей Вселенной», — сказал Ричард Погге, заслуженный профессор астрономии Колледжа искусств и наук Университета штата Огайо.
Обычно первоначальное содержание гелия рассчитывают косвенно: исследуют множество галактик, строят зависимость и экстраполируют её к предполагаемому начальному значению. Отбор наиболее «нетронутых» с химической точки зрения галактик позволил приблизиться к прямому определению состава ранней Вселенной и снизить прежнюю неопределённость втрое. «Мы обещали в заявке неопределённость в полпроцента и достигли этой цели. В непредсказуемом мире науки такое происходит нечасто», — отметил Эван Скиллман, заслуженный профессор Колледжа науки и инженерии Миннесотского университета.
Более точная оценка содержания гелия усиливает один из трёх основных аргументов в пользу теории Большого взрыва, согласно которой Вселенная около 13,8 миллиарда лет назад начала расширяться из чрезвычайно горячего и плотного состояния. Вместе с дейтерием — разновидностью водорода — гелий служит проверкой этой картины космической истории, а также позволяет тестировать Стандартную модель физики элементарных частиц. Используя полученное значение, учёные смогли рассчитать число семейств нейтрино — чрезвычайно лёгких субатомных частиц, существовавших в ранней Вселенной. «Это физический эксперимент грандиозного масштаба и одно из крупнейших открытий за всю мою 40-летнюю карьеру. Это фундаментальное число, которое непосредственно показывает условия, существовавшие в нашей Вселенной в первые пять минут», — сказал Скиллман.