Учёные измерили гелий ранней Вселенной с точностью 0,5% — в три раза точнее, чем раньше

Международная команда исследователей, в том числе из Университета Миннесоты Twin Cities, достигла значительного прогресса в «прецизионной космологии». Учёные измерили количество гелия, созданного в первые пять минут существования Вселенной, с беспрецедентной точностью. Результаты опубликованы в серии из пяти статей в The Astrophysical Journal.

Рекордная точность измерений

Команда использовала 130 часов наблюдений на Большом бинокулярном телескопе (Large Binocular Telescope), чтобы снизить неопределённость этого фундаментального космического значения до 0,5% — в три раза лучше, чем предыдущие стандарты.

Новый подход к измерениям

Вместо традиционных методов экстраполяции, требующих измерения множества галактик и оценки первоначального уровня гелия, исследователи сосредоточились на 15 из самых «чистых» малых удалённых галактик, когда-либо обнаруженных. Эти галактики химически неразвиты настолько, что действуют как «капсулы времени», сохранённые почти в точности такими, какими они были вскоре после Большого взрыва.

Технология спектрографии

Используя передовые спектрографы MODS, построенные в Университете штата Огайо, исследователи одновременно анализировали более 10 линий гелия и 15 линий водорода. Это позволило учесть небольшие систематические эффекты, которые ранее считались незначительными, но становятся критически важными при достижении точности менее одного процента. Спектрографы MODS строились 12 лет от концепции до первого наблюдения.

Проверка теории Большого взрыва

Теория Большого взрыва основана на трёх столпах: расширение Вселенной, космическое микроволновое излучение и распространённость лёгких элементов, таких как гелий и дейтерий. Последний столп — гелий — не изучался и не измерялся так тщательно, как два предыдущих. Точное измерение гелия позволило команде рассчитать количество семейств нейтрино — самых лёгких субатомных частиц — присутствовавших в ранней Вселенной.

Значение для физики

«Это физический эксперимент в грандиозном масштабе и одно из самых больших открытий за мою 40-летнюю карьеру», — сказал Эван Скилман, отличившийся профессор Колледжа науки и инженерии Университета Миннесоты. Результаты подтверждают историю и предоставляют точный взгляд на Стандартную модель физики.

Международное сотрудничество

Помимо Университета Миннесоты Twin Cities и Университета штата Огайо, в команду входили исследователи из Университета Гонзага, Северо-западного университета, Техасского университета в Остине, Университета Индианы, Калифорнийского университета Санта-Крус, Университета Иллинойса, Национального автономного университета Мексики и TRIUMF.