Ученые в три раза улучшили точность измерения первичного гелия и разработали новый метод проверки физики ранней Вселенной.
Международная команда астрофизиков достигла значительного прогресса в «космической археологии». Исследователи поставили задачу определить, сколько гелия образовалось во Вселенной сразу после Большого взрыва. Они сделали это с минимальной погрешностью, что и стало их достижением!
Полученный результат оказался в три раза более точным по сравнению с предыдущими стандартами. Для современной физики это не просто впечатляющая цифра: количество легких элементов считается одним из трех основных подтверждений теории Большого взрыва наряду с расширением Вселенной и реликтовым излучением. Исследование опубликовано в пяти статьях в The Astrophysical Journal.
Речь идет о гелии, втором по распространенности элементе периодической таблицы, сформировавшемся в первые минуты существования Вселенной. Это событие произошло примерно 13,8 миллиардов лет назад, но его следы до сих пор можно обнаружить в древнейших галактиках.
Исследователи использовали 130 часов наблюдений на Большом бинокулярном телескопе (Large Binocular Telescope, LBT). Вместо того чтобы собирать большое количество объектов и затем экстраполировать результаты, они сосредоточились на всего 15 небольших и удаленных галактиках. Эти системы отличаются очень низким содержанием тяжелых элементов и считаются практически «законсервированными» со времен ранней Вселенной.
Пятнадцать космических «капсул времени»
Чтобы извлечь максимум информации из наблюдений, ученые одновременно анализировали более 10 спектральных линий гелия и 15 линий водорода. Такой метод позволил учесть небольшие систематические ошибки, которые могли бы быть проигнорированы при менее точных измерениях. Важную роль играли спектрографы MODS, разработанные в Университете штата Огайо. Их создание заняло около 12 лет — от проектирования до первых наблюдений.
Полученное значение первичного содержания гелия, равное 0,5%, позволило ученым не только уточнить представление о первых минутах после Большого взрыва, но и протестировать основные положения Стандартной модели физики частиц.
Интересен и еще один аспект. Объем древнего гелия связан с числом семейств нейтрино — почти невесомых элементарных частиц. Таким образом, измерение удаленного космического газа фактически становится способом проверки структуры микромира.
Новое измерение концентрации первичного гелия — это еще один независимый «датчик» ранней Вселенной. Чем точнее ученые умеют анализировать такие древние следы, тем жестче становится проверка наших представлений о первых минутах космоса.
Фото: hi-tech.mail.ru