Телескоп в Аризоне заглянул туда, где ещё не было ни одной звезды
Почти весь гелий, который сейчас есть вокруг нас, появился задолго до первой звезды. Он возник в те несколько минут, когда Вселенная была раскалённым и плотным сгустком материи. Международная команда астрофизиков пересчитала, сколько именно этого газа тогда образовалось. Погрешность удалось сократить до половины процента — втрое точнее, чем в прежних работах.
Руководила исследованием аспирантка Микаэла Веллер из Университета штата Огайо. К проекту подключились специалисты Университета Миннесоты и научные группы из нескольких американских и мексиканских вузов. Результаты опубликованы, о них сообщили в университете.
Что искали в далёких галактиках
Объекты наблюдения — пятнадцать небольших галактик на огромном удалении от Земли. Их называют капсулами времени: химический состав газа внутри почти не менялся с момента Большого взрыва. Ни звёзды, ни взрывы сверхновых не успели его заметно «загрязнить» тяжёлыми элементами. Именно поэтому такие галактики годятся как эталон первичного вещества.
Всего в выборку попало сорок восемь качественных наборов данных. По ним и восстановили исходную долю гелия в молодой Вселенной. Работа заняла сто тридцать часов наблюдений на телескопе Large Binocular Telescope в Аризоне — одном из крупнейших наземных инструментов в мире.
Методика отличалась от прежних попыток. Астрономы одновременно обрабатывали больше десяти спектральных линий гелия и пятнадцать линий водорода. Такой перекрёстный анализ позволил выловить мелкие систематические ошибки, которые годами портили точность измерений. Раньше исследователи опирались на меньшее число линий и не могли отличить инструментальный шум от реального сигнала.
Сам процесс называют первичным нуклеосинтезом. Это синтез лёгких элементов, который шёл всего несколько минут, пока Вселенная оставалась горячей плазмой. Тогда и появилась основная масса нынешнего водорода и гелия, плюс следовые количества лития. Углерод, кислород и всё остальное возникло гораздо позже — внутри звёзд.
«Гелий — чувствительный свидетель условий той эпохи. Его доля напрямую зависит от того, насколько быстро расширялась Вселенная в первые минуты», — поясняют авторы работы.
Зачем вообще такая точность? Дело в том, что измеренная доля гелия — это проверка Стандартной модели физики элементарных частиц. Модель предсказывает конкретное число. Если наблюдения с ним расходятся, значит, либо в ранней Вселенной работали неизвестные частицы, либо теория требует правки. Прежняя погрешность в полтора процента оставляла слишком широкий коридор для трактовок. Теперь коридор сузился.
Отдельный интерес — к возможной фазе доминирования первичной материи в первые секунды. Некоторые модели допускают, что тогда между частицами шли взаимодействия, влиявшие на состав вещества. Новые данные позволяют либо подтвердить такие сценарии, либо отсечь их.
Сопоставление расчётов с наблюдениями — основной инструмент проверки всей космологической картины. Астрономы подчёркивают: чем точнее измерена доля первичного гелия, тем меньше пространства для подгонки моделей под желаемый результат. Дальше команда планирует расширить выборку галактик и уточнить вклад лития.