Nové měření helia prověřuje prvních pět minut existence vesmíru

Data z dalekohledu Large Binocular Telescope (LBT) umožnila trojnásobně snížit míru nejistoty při měření obsahu helia. Helium, lehký chemický prvek, v sobě nese informace o tom, jak vypadal vesmír během prvních pěti minut existence. Aby mohli vědci tyto údaje přečíst, zaměřil se mezinárodní tým na 15 malých, vzdálených galaxií, jejichž chemické složení se změnilo jen minimálně, a zachovalo si tak podobu blízkou stavu raného vesmíru.

Díky studiu těchto galaxií vědci – včetně odborníků z University of Minnesota Twin Cities – s bezprecedentní přesností odhadli množství helia vzniklého právě v oněch úvodních minutách existence vesmíru. Podařilo se jim snížit nejistotu tohoto odhadu na 0,5 %, což představuje třetinu původní hodnoty.

Nedotčené galaxie zpřesňují odhad množství hélia
Výběr konkrétních galaxií umožnil týmu opustit nepřímý způsob odhadování původního množství helia. Výzkumníci tradičně měřili vlastnosti mnoha galaxií a na základě trendu v datech zpětně odvozovali počáteční hodnotu – tato metoda se nazývá extrapolace. Zaměření na jedny z chemicky nejméně vyvinutých galaxií, jaké kdy byly objeveny, poskytlo týmu jasnější představu o tomto raném složení.

Tato práce si vyžádala 130 hodin pozorování pomocí dalekohledu Large Binocular Telescope a je popsána v pěti článcích zveřejněných v časopise The Astrophysical Journal. Spektrografy zkonstruované na Ohio State University rozkládaly světlo galaxií na jednotlivé vlnové délky a odhalovaly tak specifické útvary zvané spektrální čáry, které vědci využívají k měření obsahu helia a vodíku.

„Vývoj spektrografů MODS – od prvotního návrhu až po okamžik, kdy poprvé zachytily světlo z vesmíru – trval 12 let,“ uvedl Richard Pogge, profesor astronomie na Ohio State University. „Přesně pro tento typ projektů jsme je navrhovali, a je vidět, že skutečně fungují a přinášejí výsledky, což je nesmírně uspokojující. Člověk nemá každý den příležitost podílet se na stavbě přístrojů, které měří něco tak zásadního o našem vesmíru.“

Výzkumníci současně analyzovali více než 10 heliových a 15 vodíkových spektrálních čar. Jejich společné zkoumání umožnilo zohlednit drobné systematické efekty – vlivy, které mohou systematicky vychylovat naměřené hodnoty od skutečnosti. Dřívější studie tyto efekty považovaly za zanedbatelné; při přesnosti vyšší než 99 % (tedy s nejistotou pod 1 %) je však již nebylo možné ignorovat.

„V našem návrhu jsme slíbili nejistotu na úrovni půl procenta a tohoto cíle jsme dosáhli,“ uvedl Evan Skillman, profesor na College of Science and Engineering při University of Minnesota, konkrétně na Katedře fyziky a astronomie. „V nepředvídatelném světě vědy se to nestává příliš často.“

Testování teorie Velkého třesku pomocí helia
Přesnější měření obsahu helia posiluje jeden ze tří hlavních důkazů podporujících teorii Velkého třesku, která popisuje rozpínání vesmíru z extrémně horkého a hustého stavu před zhruba 13,8 miliardami let. Hojnost lehkých prvků, včetně helia a deuteria (formy vodíku), umožňuje ověřit správnost tohoto popisu kosmické historie. Helium bylo dosud zkoumáno méně podrobně než zbývající dva pilíře: rozpínání vesmíru a reliktní mikrovlnné záření, tedy záření, které zbylo z raných fází vývoje vesmíru.

Toto měření rovněž fyzikům poskytuje způsob, jak prověřit platnost Standardního modelu – teoretického rámce popisujícího elementární částice a jejich vzájemné interakce.

Na základě množství helia mohl tým vypočítat počet rodin neutrin – extrémně lehkých subatomárních částic – které se vyskytovaly v raném vesmíru. To propojuje současná pozorování galaxií s otázkami, jaké částice zaplňovaly vesmír v době, kdy byl starý pouhých několik minut.

Zdroj: https://scitechdaily.com/a-new-helium-measurement-is-testing-the-universes-first-five-minutes/

autor: František Martinek