کشف اسرار پنج دقیقه نخست جهان با اندازه‌گرفتن هلیوم کیهانی
گروهی از اخترشناسان توانسته‌اند فراوانی هلیوم اولیه جهان را با عدم قطعیت تنها ۰٫۵ درصد اندازه‌گیری کنند. این دستاورد می‌تواند به بررسی دقیق‌تر شرایط حاکم بر جهان در نخستین دقایق پس از مهبانگ و آزمودن نظریه‌های بنیادی فیزیک کمک کند.
جهان حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش از حالتی بسیار داغ و چگال آغاز به انبساط کرد. در چند دقیقه نخست، شرایط به‌گونه‌ای بود که هسته‌های عناصر سبکی مانند هلیوم شکل گرفتند. مقدار این عناصر به شرایط فیزیکی آن دوران وابسته است و از همین رو، اندازه‌گیری دقیق آن‌ها می‌تواند اطلاعات مهمی درباره تاریخ اولیه جهان ارائه دهد.
اکنون پژوهشگران با بررسی ۱۵ کهکشان دوردست که ترکیب شیمیایی نسبتاً دست‌نخورده‌ای دارند، توانسته‌اند اندازه‌گیری فراوانی هلیوم اولیه را با دقتی کم‌سابقه انجام دهند.
کپسول‌های زمانی کیهانی
یکی از دشواری‌های بررسی جهان اولیه این است که ستاره‌ها و نسل‌های بعدی آن‌ها در طول میلیاردها سال، ترکیب شیمیایی کهکشان‌ها را تغییر داده‌اند؛ بنابراین، اندازه‌گیری فراوانی اولیه عناصر به روش‌هایی نیاز دارد که این تغییرات بعدی را تاحدامکان در نظر بگیرند.
پژوهشگران در این مطالعه به‌جای تکیه بر نمونه‌های بزرگ و متنوعی از کهکشان‌ها، ۱۵ کهکشان کوچک و دوردست را انتخاب کردند که از نظر شیمیایی نسبتاً دست‌نخورده باقی‌مانده‌اند. این کهکشان‌ها به دلیل حفظ نشانه‌هایی از ترکیب شیمیایی اولیه، مانند کپسول‌های زمانی کیهانی عمل می‌کنند.
اندازه‌گیری با دقت ۰٫۵ درصد
گروه پژوهشی برای انجام این بررسی، از تلسکوپ بزرگ دوقلو یا Large Binocular Telescope استفاده کرد و در مجموع ۱۳۰ ساعت داده رصدی به دست آورد.
دانشمندان با بررسی هم‌زمان بیش از ۱۰ خط طیفی هلیوم و ۱۵ خط طیفی هیدروژن، توانستند برخی از منابع خطا را که در اندازه‌گیری‌های پیشین اهمیت کمتری به آن‌ها داده شده بود، شناسایی و اصلاح کنند.
نتیجه این بود که عدم قطعیت اندازه‌گیری فراوانی هلیوم اولیه به حدود ۰٫۵ درصد رسید؛ یعنی تقریباً سه برابر دقیق‌تر از برآوردهای پیشین. نتایج این پژوهش در قالب پنج مقاله در مجله علمی The Astrophysical Journal منتشر شده‌اند.
نقش هلیوم
به گزارش ScienceDaily هلیوم یکی از مهم‌ترین سرنخ‌ها برای بازسازی شرایط جهان در نخستین دقایق پس از مهبانگ است. مقدار هلیومی که در آن دوره شکل‌گرفته، به شرایط فیزیکی جهان اولیه و ویژگی‌های ذرات بنیادی وابسته بوده است.
به همین دلیل، اندازه‌گیری دقیق این عنصر تنها اطلاعاتی درباره ترکیب شیمیایی جهان ارائه نمی‌کند؛ بلکه راهی برای بررسی مدل‌های فیزیکی مربوط به آغاز تحول کیهان نیز به شمار می‌رود.
پژوهشگران با استفاده از اندازه‌گیری جدید توانستند تعداد خانواده‌های نوترینو را در چارچوب مدل‌های مورد بررسی محاسبه کنند. نوترینوها ذرات بنیادی بسیار سبکی هستند که در تحول جهان اولیه نقش دارند.
منبع: همشهری
