Дані Великого бінокулярного телескопа зменшили похибку вимірювання гелію в три рази.
Гелій, легкий хімічний елемент, показує, яким був Всесвіт у перші п’ять хвилин. Щоб прочитати цей запис, міжнародна команда звернулася до 15 маленьких віддалених галактик, хімічний склад яких змінився дуже мало, зберігаючи склад, близький до складу раннього Всесвіту.
Вивчаючи ці галактики, дослідники, в тому числі вчені з міст-побратимів Університету Міннесоти, з безпрецедентною точністю підрахували, скільки гелію утворилося протягом перших хвилин. Вони знизили невизначеність цієї оцінки до 0,5%, третини від попереднього рівня.
Чисті галактики прискорюють обчислення гелію
Вибір галактик допоміг команді відійти від непрямого підходу до оцінки внутрішньої кількості гелію. Традиційно дослідники вимірювали багато галактик і екстраполювали тенденцію даних до приблизного початкового значення, ця техніка називається екстраполяцією. Зосередження уваги на деяких галактиках з найбільшою хімічною еволюцією, коли-небудь виявлених, дало команді більш чітке уявлення про їх початковий склад.
Робота вимагала 130 годин спостережень за допомогою Великого бінокулярного телескопа та описана в п’яти опублікованих статтях. Журнал астрофізики. Спектрографи, створені в Університеті штату Огайо, розділили світло галактик на складові довжини хвилі, виявивши відмінні риси, які називаються спектральними лініями, які дослідники використовують для вимірювання гелію та водню.
«Створення спектрографів MODS займає 12 років від початку до першого світла на небі», — сказав Річард Погге, видатний професор астрономії в Коледжі мистецтв і наук Університету штату Огайо. «Це такий проект, який ми планували, і це дуже приємно бачити. Не кожен день ви можете допомогти створити інструменти, які вимірюють щось фундаментальне про наш Всесвіт».
Дослідники одночасно проаналізували понад 10 ліній гелію та 15 ліній водню. Їх спільний аналіз дозволив команді пояснити невеликі систематичні ефекти, ефекти, які можуть регулярно відхиляти вимірювання від справжнього значення. Попередня робота недооцінила ці ефекти. З точністю менше 1% їх уже неможливо ігнорувати.
«Ми обіцяли піввідсотка невизначеності в нашій пропозиції, і ми досягли цього», — сказав Еван Скіллман, видатний професор Коледжу науки та інженерії Школи фізики та астрономії Університету Міннесоти. «У непередбачуваному світі науки таке трапляється нечасто».
Експеримент великого вибуху з використанням гелію
Точніші вимірювання гелію підкріплюють одну з трьох основних ліній доказів теорії Великого вибуху, яка описує розширення Всесвіту з дуже гарячого та щільного стану приблизно 13,8 мільярда років тому. Велика кількість легких елементів, у тому числі гелію та дейтерію, форми водню, дозволяє дослідити історію космосу. Гелій вивчався менше, ніж два інших стовпи, Всесвіт, що розширюється, і космічний мікрохвильовий фон, випромінювання, що залишилося від його ранньої історії.
Вимірювання також дає фізикам можливість перевірити Стандартну модель, основу для опису фундаментальних частинок та їх взаємодії.
«Це масштабний фізичний експеримент і одне з найбільших відкриттів за всю мою 40-річну кар’єру», — сказав Скіллман. «Це ключове число, яке розповідає нам про умови нашого Всесвіту в його перші п’ять хвилин. Воно має діагностичну силу, яка безпосередньо говорить зі Стандартною моделлю фізики».
Використовуючи велику кількість гелію, команда змогла оцінити кількість сімейств нейтрино, дуже легких субатомних частинок, присутніх у ранньому Всесвіті. Це пов’язує сьогоднішні спостереження за галактиками з запитаннями про те, які частинки наповнювали Всесвіт, коли йому було лише кілька хвилин.
Довідка: “The LBT Project Yp. I. Enhanced Determination of Initial Helium Abundance—Project Description, Sample Selection, Observations, and Methodology” Evan D. Skillman, Richard W. Pogge, Eric Aver, Noah SJ Rogers, Michaela K. Weller, John Hale A. Miller, Jade Spiegel, Tsung-Han Yeh, and Brian D. Fields, вересень 9, 2026, Журнал астрофізики.
DOI: 10.3847/1538-4357/ae879f
Ніколи не пропустіть прорив: приєднуйтесь до інформаційного бюлетеня SciTechDaily.
Слідкуйте за нами в Google і Google News.
