Աստղագետների միջազգային թիմը աննախադեպ ճշգրտությամբ չափել է Մեծ պայթյունից հետո առաջին րոպեներին առաջացած հելիումի պարունակությունը։ Սխալի սահմանը կազմել է ընդամենը 0,5%՝ երեք անգամ պակաս, քան նախորդ գնահատականներում։ Արդյունքը կօգնի գիտնականներին ստուգել, թե որքան լավ են ժամանակակից ֆիզիկական տեսությունները նկարագրում այն պայմանները, որոնցում Տիեզերքը գտնվել է իր պատմության ամենասկզբում։

Հետազոտությունը հիմնված է Մեծ երկդիտակ աստղադիտակի (Large Binocular Telescope) միջոցով կատարված 130 ժամ դիտարկումների վրա։ Արդյունքները ներկայացված են հինգ հոդվածներում, որոնք հրապարակվել են The Astrophysical Journal-ում, հայտնում է sciencedaily.com։

Ինչու է հելիումի քանակը պատմում վաղ Տիեզերքի մասին

Ըստ ժամանակակից տիեզերաբանական մոդելի՝ Տիեզերքը սկսել է ընդարձակվել մոտ 13,8 միլիարդ տարի առաջ՝ չափազանց տաք և խիտ վիճակից։ Այս պատկերի ամենակարևոր հաստատումներից մեկը վաղ Տիեզերքի քիմիական կազմն է, այդ թվում՝ հելիումի և դեյտերիումի քանակը, որոնք առաջացել են Մեծ պայթյունից հետո առաջին րոպեներին։

Այդ ժամանակահատվածում նյութի ջերմաստիճանն ու խտությունը թույլ էին տալիս ընթանալ միջուկային ռեակցիաների, որոնց ընթացքում առաջացան առաջին թեթև տարրերը։ Դրանց սկզբնական համամասնությունները կախված էին երիտասարդ Տիեզերքի ֆիզիկական պայմաններից, ուստի գիտնականները կարող են օգտագործել այդ տվյալները տիեզերաբանական մոդելները ստուգելու համար։

Սակայն հելիումի սկզբնական պարունակությունը չափելը հեշտ չէ։ Միլիարդավոր տարիների ընթացքում աստղերը արտադրել են այս տարրի նոր բաժիններ՝ փոխելով շրջակա գազի քիմիական կազմը։ Սկզբնական արժեքները վերականգնելու համար աստղագետներին անհրաժեշտ է ուսումնասիրել այնպիսի օբյեկտներ, որոնցում նման փոփոխությունները եղել են նվազագույն։

Հեռավոր գալակտիկաները օգնեցին նայել անցյալին

Ավանդական մոտեցման փոխարեն, որը ենթադրում է մեծ թվով գալակտիկաների ուսումնասիրություն և արդյունքների հետագա էքստրապոլյացիա, հետազոտողները կենտրոնացել են 15 փոքր և ծանր տարրերով բացառիկ աղքատ գալակտիկաների վրա։ Դրանց քիմիական կազմը համեմատաբար քիչ է փոխվել, ուստի դրանք պահպանում են տեղեկություններ նյութի մասին, որն իր կազմով մոտ է սկզբնականին։

Գիտնականներն օգտագործել են MODS սպեկտրոգրաֆները, որոնք մշակվել են Օհայոյի պետական համալսարանում։ Այս սարքերը հնարավորություն են տվել միաժամանակ ուսումնասիրել հելիումի ավելի քան տասը սպեկտրային գիծ և ջրածնի տասնհինգ գիծ։

Սպեկտրային գծերն առաջանում են, երբ ատոմները կլանում կամ արձակում են լույս որոշակի ալիքի երկարությունների վրա։ Դրանց բնութագրերի միջոցով աստղագետները որոշում են հեռավոր օբյեկտների քիմիական կազմը և գնահատում առանձին տարրերի պարունակությունը։

Մեծ թվով գծերի միաժամանակյա վերլուծությունը հետազոտողներին օգնեց բացահայտել և ուղղել սխալի փոքր աղբյուրներ, որոնք կարող էին աննկատ մնալ ավելի քիչ ճշգրիտ չափումների դեպքում։ Սա հատկապես կարևոր է, երբ անհրաժեշտ է հասնել մեկ տոկոսից պակաս անորոշության։

Արդյունքում թիմը ստացել է գնահատական՝ ընդամենը 0,5% սխալով։ Ինչպես նշել է աշխատանքին մասնակցած Մինեսոտայի համալսարանի Թվին Սիթիս մասնաճյուղի պրոֆեսոր Էվան Սքիլմանը, սա իր 40-ամյա գիտական կարիերայի ամենանշանակալի արդյունքներից մեկն է։

Ինչ է հելիումի չափումը ասում ֆիզիկայի օրենքների մասին

Ստացված տվյալները կարևոր են ոչ միայն վաղ Տիեզերքի քիմիական կազմը ճշգրտելու համար։ Դրանք հնարավորություն են տալիս ստուգել տարրական մասնիկների ֆիզիկայի Ստանդարտ մոդելը՝ տեսական հիմքը, որը նկարագրում է հայտնի տարրական մասնիկներն ու դրանց փոխազդեցությունները։

Սկզբնական հելիումի քանակը կախված է այն պայմաններից, որոնցում տեղի են ունեցել առաջին միջուկային ռեակցիաները։ Մասնավորապես, դրա վրա ազդում է այն ժամանակվա ֆիզիկական գործընթացներին մասնակցած մասնիկների տեսակների թիվը։

Օգտագործելով նոր չափումը՝ հետազոտողները կարողացել են հաշվարկել վաղ Տիեզերքում նեյտրինոյի ընտանիքների թիվը։ Նեյտրինոները չափազանց թեթև տարրական մասնիկներ են, որոնք կարևոր դեր են խաղում մասնիկների ֆիզիկայում և տիեզերաբանության մեջ։

Այսպիսով, հելիումի պարունակությունը դառնում է բնության հիմնարար օրենքների մի յուրատեսակ տիեզերական թեստ։ Եթե գոյություն ունեցող տեսությունների վրա հիմնված հաշվարկները չհամընկնեն բավականաչափ ճշգրիտ դիտարկումների հետ, դա կարող է մատնանշել վաղ Տիեզերքի մասին որոշ պատկերացումների վերանայման անհրաժեշտությունը։

Միևնույն ժամանակ, չափման բարձր ճշգրտությունն ինքնին չի նշանակում, որ գիտնականները հայտնաբերել են Ստանդարտ մոդելի խախտում։ Խոսքը նախևառաջ գոյություն ունեցող տեսությունների ավելի խիստ ստուգման մասին է։

Ինչու էր նման արդյունքի համար անհրաժեշտ 12 տարի

Չափումների ճշգրտությունը հնարավոր է դարձել մասնագիտացված գործիքների շնորհիվ։ MODS սպեկտրոգրաֆների մշակումը տևել է 12 տարի՝ սկզբնական գաղափարից մինչև առաջին աստղագիտական դիտարկումները։

Օհայոյի պետական համալսարանի աստղագիտության պրոֆեսոր Ռիչարդ Պոգգեն նշել է, որ սարքերն ի սկզբանե ստեղծվել էին հենց այսպիսի հետազոտությունների համար։ Դրանք թույլ են տալիս ստանալ հեռավոր օբյեկտների մանրամասն սպեկտրներ և բարձր ճշգրտությամբ չափել հիմնարար պարամետրեր։

Միջազգային հետազոտական խմբում ընդգրկվել են ԱՄՆ-ի համալսարանների, Մեքսիկայի Ազգային ինքնավար համալսարանի և կանադական TRIUMF հետազոտական կենտրոնի մասնագետներ։

Աշխատանքը ցույց է տալիս, թե որքան կարևոր են տիեզերաբանության համար ոչ միայն նոր աստղադիտակները, որոնք ունակ են դիտարկել ավելի ու ավելի հեռավոր օբյեկտներ, այլև այն գործիքները, որոնք թույլ են տալիս ավելի ճշգրիտ վերլուծել ստացված լույսը։ Երբեմն առաջընթացը կայանում է ոչ թե անհայտ օբյեկտ հայտնաբերելու, այլ արդեն հայտնի մեծությունն այնքան ճշգրիտ չափելու մեջ, որ այն դառնա բնության մասին մեր պատկերացումների ավելի խիստ ստուգում։

Այժմ գիտնականներն ունեն ավելի ճշգրիտ ուղենիշ Տիեզերքի գոյության առաջին րոպեների ուսումնասիրության համար։ Հաջորդ քայլը այն այլ տիեզերաբանական դիտարկումների հետ համատեղ օգտագործելն է, որպեսզի պարզեն, թե որքան լիարժեք են ժամանակակից ֆիզիկական մոդելները բացատրում նյութի ծագումն ու վաղ էվոլյուցիան։