Что происходило во Вселенной почти 13,8 миллиарда лет назад? Ответ на этот вопрос астрономы ищут в химическом составе далёких галактик.

Международная группа исследователей смогла с исключительной точностью определить первоначальное содержание гелия — одного из первых элементов, возникших после Большого взрыва.

Результаты позволяют лучше понять физические условия, существовавшие в первые минуты космической истории.

<h3>Почему первые минуты так важны</h3>

Согласно современной космологической модели, около 13,8 миллиарда лет назад Вселенная находилась в чрезвычайно горячем и плотном состоянии, после чего продолжила расширяться и охлаждаться.

В первые минуты её существования начали формироваться ядра лёгких химических элементов, прежде всего водорода и гелия.

Этот процесс называется первичным нуклеосинтезом.

Количество образовавшихся элементов зависело от температуры, плотности вещества и скорости расширения Вселенной.

Поэтому их первоначальное соотношение позволяет исследователям восстанавливать условия, существовавшие задолго до появления первых звёзд и галактик.

Особенно важным показателем считается содержание гелия, которое можно сравнивать с теоретическими расчётами.

<h3>Рекордная точность измерений</h3>

Исследователям удалось снизить неопределённость определения первоначального содержания гелия до 0,5%.

Это примерно втрое точнее предыдущих оценок.

Результаты работы были представлены в пяти научных статьях, опубликованных в журнале The Astrophysical Journal.

Для получения необходимых данных астрономы провели 130 часов наблюдений с использованием Большого бинокулярного телескопа.

Вместо изучения множества различных галактик специалисты сосредоточились на 15 небольших удалённых объектах с исключительно низким содержанием тяжёлых элементов.

Такие галактики особенно ценны, поскольку их химический состав относительно мало изменился в результате нескольких поколений звездообразования.

Это позволяет точнее оценить количество гелия, сформировавшегося непосредственно после Большого взрыва.

<h3>Как галактики сохраняют древнюю информацию</h3>

Определить химический состав удалённых объектов помогает спектроскопия.

Когда свет разделяют на отдельные длины волн, в его спектре появляются характерные линии, соответствующие различным химическим элементам.

Исследователи изучили более десяти спектральных линий гелия и пятнадцати линий водорода.

Для этого использовались спектрографы MODS, разработанные в Университете штата Огайо.

Одновременный анализ множества линий позволил выявить и скорректировать небольшие погрешности, способные повлиять на итоговые измерения.

Создание самих приборов заняло около двенадцати лет.

Это показывает, насколько сложным может быть получение точных данных о фундаментальных характеристиках Вселенной.

<h3>Проверка законов современной физики</h3>

Новое измерение имеет значение не только для изучения химической истории космоса.

Оно также позволяет проверить Стандартную модель физики элементарных частиц.

Количество гелия, возникшего в первые минуты после Большого взрыва, зависит от физических условий того времени, включая свойства и число типов элементарных частиц.

На основе полученных данных исследователи оценили эффективное число семейств нейтрино в ранней Вселенной.

Нейтрино представляют собой чрезвычайно лёгкие частицы, которые очень слабо взаимодействуют с обычным веществом.

Сравнение измеренного содержания гелия с теоретическими предсказаниями помогает проверить, насколько точно существующие физические модели описывают ранние этапы космической эволюции.

<h3>Международная работа астрономов</h3>

В исследовании участвовали специалисты из нескольких американских университетов, включая Миннесотский университет, Университет штата Огайо, Северо-Западный университет и Техасский университет в Остине.

К проекту также присоединились исследователи из других научных учреждений США, Мексики и канадского центра TRIUMF.

Совместная работа объединила возможности высокоточного оборудования, сложных методов анализа и специалистов по астрофизике и физике элементарных частиц.

<h3>Что учёные хотят выяснить дальше</h3>

Несмотря на значительный прогресс, многие вопросы о происхождении и раннем развитии Вселенной остаются открытыми.

Более точные измерения первичного содержания химических элементов помогут проверить существующие космологические модели и обнаружить возможные расхождения с теоретическими предсказаниями.

В дальнейшем исследователи смогут использовать подобные данные для изучения свойств элементарных частиц и физических процессов, происходивших в молодой Вселенной.

Новое исследование демонстрирует, что даже спустя миллиарды лет далёкие галактики сохраняют следы событий, произошедших в первые минуты после Большого взрыва.

И чем точнее астрономы научатся читать эти свидетельства, тем ближе они окажутся к пониманию самых ранних этапов космической истории.