Після Великого вибуху гелій становив майже чверть маси речовини

Переважна частина гелію у Всесвіті з’явилася в перші хвилини після Великого вибуху, а решту за мільярди років додали зорі. Астрономи визначили частку первинного гелію точніше, ніж вдавалося раніше. Для цього вони дослідили газ карликових галактик, де речовина майже зберегла первісний склад. Результат узгоджується з теоретичним передбаченням і з трьома відомими типами нейтрино.

Туманність NGC 604, багата на гелій, на знімку космічного телескопа Hubble
Туманність NGC 604, багата на гелій, на знімку космічного телескопа Hubble. Авторство: Хуей Ян (Іллінойський університет) і NASA / ESA

Чверть первинної речовини

Первинний гелій становив 24,58 % маси звичайної речовини. Теорія утворення легких ядер з урахуванням даних космічної обсерваторії Planck дає 24,67 %. Різниця менша за похибку вимірювання. Серія статей проєкту опублікована в рецензованому журналі The Astrophysical Journal.

Порівняння має сенс, бо кількість первинного гелію залежить лише від трьох величин. Це густина звичайної речовини, час життя вільного нейтрона і кількість типів частинок, що в ту епоху рухалися з майже світловою швидкістю. Перші дві відомі дуже точно, тому гелій перевіряє третю.

Внесок зоряного нуклеосинтезу

Гелій вимірюють у хмарах газу, які іонізують молоді масивні зорі. Проте зорі й самі виробляють гелій у термоядерних реакціях. За оцінкою Університету штату Огайо, приблизно десята частина гелію в сучасному Всесвіті має зоряне походження.

Космос для кожного

Магазин від Universe Space Tech

Журнал №1 2021 (182)

До товару

Щоб звести вплив зоряного гелію до мінімуму, обирають галактики з дуже низькою металічністю. Металами астрономи називають усі елементи, важчі за гелій, а металічністю — їхню частку в речовині. Ці елементи утворюються в надрах зір, тож там, де їх мало, мало й зоряного гелію. Остаточне значення визначили за 15 хмарами газу в 13 таких галактиках, пише Universe Today.

Інфрачервона лінія гелію

Яскравість ліній гелію залежить і від температури газу, і від його густини. Різні поєднання цих величин давали схожий спектр, тому похибка трималась на рівні 1,3 %. Розв’язати це допомогло інфрачервоне випромінювання гелію на довжині хвилі 1083 нанометри. Його яскравість найсильніше залежить саме від густини газу, тому температуру і густину вдається розділити.

Спостереження провели на Великому бінокулярному телескопі в Аризоні, який має два дзеркала діаметром 8,4 м. Завдяки новій лінії та однаковим приладам для всіх галактик похибка зменшилась з 1,3 % до приблизно 0,5 %.

Три типи нейтрино

Кожен додатковий тип таких частинок збільшував би густину енергії в ранньому Всесвіті й прискорював його розширення. Через це нейтрони мали б менше часу на перетворення в протони, тож гелію утворилося б більше. Кількість таких частинок виражають через кількість типів нейтрино.

Разом із даними про реліктове випромінювання і первинний дейтерій нове вимірювання дає 2,925 ± 0,082 типу нейтрино. Стандартна модель фізики частинок передбачає рівно три, й результат із цим узгоджується. Попередня оцінка мала похибку 0,141, тож нова приблизно в 1,7 раза точніша.

Такої точності вже досить, щоб відкинути одну з гіпотез нової фізики. Якби в ранньому Всесвіті існувала ще одна невідома частинка, що активно взаємодіяла з гарячою речовиною, вона додала б близько 0,57 до кількості типів нейтрино. Виняток можливий, лише якщо така частинка перестала взаємодіяти дуже рано, ще до утворення гелію.

Далі автори проєкту шукатимуть нові бідні на метали галактики в даних спектроскопічного огляду неба DESI. Чим більше знайдеться галактик з майже первісним складом, тим менше доведеться покладатися на припущення про те, скільки гелію додали зорі.

Новини інших медіа
За допомогою ALMA зафіксували зорю під час утворення планетарної туманності
Приватна компанія Xona кидає виклик державній системі GPS
Супутникові дані: великі міста опускаються під землю
Після Великого вибуху гелій становив майже чверть маси речовини
Рутину в орбітальних лабораторіях майбутнього можуть доручити роботам
Після рекордного для Європи польоту Софі Адено заново звикає до тяжіння
Universe Space Tech запрошує на Космозліт у Києві 24 жовтня
Ключовими даними звіту NASA стали свідчення екіпажу Artemis II
Керівники ШІ-компаній готуються до «дня після»
Рекордно довгий рентгенівський спалах пов’язали зі злиттям нейтронних зір