Prvotné hélium potvrdzuje náš obraz Veľkého tresku

Keď sa hviezdy dožívajú konca, ich príbeh sa zvyčajne uzatvára. No hélium, ktoré vytvorili, zostáva vo vesmíre ešte miliardy rokov. Práve preto je také ťažké oddeliť hélium z hviezd od toho, ktoré vzniklo hneď po Veľkom tresku. Astronómovia teraz prišli s presnejším meraním, ktoré tento rozdiel zvládlo a potvrdilo, že základný model raného vesmíru sedí.

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/primordial-helium-further-confirms-our-understanding-of-the-big-bang

V najskorších okamihoch Veľkého tresku vznikli dva hlavné prvky: vodík a hélium. Vo vesmíre ich bolo približne tri diely vodíka na jeden diel hélia. Všetky ťažšie prvky – od kyslíka v našich pľúcach po železo v krvi – vytvorili až neskoršie astrofyzikálne procesy. Vznikali v jadrách hviezd, pri výbuchoch supernov alebo pri zrážkach neutrónových hviezd. Aj dnes sú tieto ťažšie prvky vo vesmíre také vzácne, že ich astronómovia súhrnne nazývajú kovy.

Jednou z ciest, ako skúmať Veľký tresk, je sledovať zastúpenie jednotlivých prvkov. Najmä pôvodné množstvo vodíka a hélia. Mohlo by sa zdať, že je to jednoduché, veď práve tieto dva prvky vznikli pri Veľkom tresku. Lenže je tu háčik. Hoci všetko hélium, ktoré pozorujeme, vzniklo pri Veľkom tresku, nie všetko hélium, ktoré pozorujeme, vzniklo pri Veľkom tresku. Väčšina hélia pochádza z úplného začiatku, ale hélium je zároveň najčastejším vedľajším produktom hviezdnej fúzie. Hviezdy totiž okrem všetkých atómov, ktoré potrebujeme na výrobu dátových centier či hračiek, produkujú aj veľa hélia. Za miliardy rokov sa tak relatívne zastúpenie hélia vo vesmíre zvýšilo a to skresľuje dáta.

Projekt Large Binocular Telescope Primordial Helium Abundance (LBT Y P ) sa snaží tento problém obísť. Nedávno zverejnil sériu výsledkov. Štúdia sa zamerala na meranie množstva vodíka a hélia v galaxiách chudobných na kovy. Sú to vzdialené galaxie, ktoré obsahujú prevažne rané hviezdy, a preto v nich nie je veľa ťažkých prvkov. Myšlienka je jednoduchá: ak majú málo kovov, nie sú kontaminované ani hviezdnym héliom. Na vzorke medzihviezdnych oblastí v 54 galaxiách tím zistil, že prvotné hélium tvorí 24,58 % počiatočnej hmoty vesmíru. To sa dobre zhoduje s odhadom z pozorovaní kozmického mikrovlnného pozadia družicou Planck, ktorý dával 24,67 %.

Tento výsledok ďalej posilňuje jeden z troch pilierov modelu Veľkého tresku. Keď ho vedci porovnali s ďalšími lokálnymi meraniami zastúpenia hélia, zistili, že približne 90 % vesmírneho hélia je prvotné a zvyšných 10 % vzniklo hviezdnou fúziou. To prináša stopy o rýchlosti tvorby hviezd v galaxiách a mohlo by pomôcť lepšie pochopiť, ako vznikajú rôzne prvky.

Vodík a hélium ako prvé tehly vesmíru

Rozdelenie prvkov vo vesmíre nie je náhodné.

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/primordial-helium-further-confirms-our-understanding-of-the-big-bang

Už prvé sekundy po Veľkom tresku určili, že vodíka bude zhruba trikrát viac ako hélia. Toto pravidlo platí dodnes a je základom nukleosyntézy, teda procesu, ktorý vytvoril prvé atómové jadrá. Všetky ostatné prvky vznikali oveľa neskôr v hviezdach a pri ich explóziách. Pre astronómov je preto pomer vodíka a hélia kľúčovým odtlačkom minulosti, ktorý sa dá merať aj v súčasnom vesmíre.

Prečo je hviezdne hélium problém

Hviezdy pri fúzii vodíka na hélium vytvárajú energiu a zároveň ho postupne hromadia.

Primordial Helium Further Confirms Our Understanding Of The Big Bang.

Zdroj: https://pixabay.com/photos/starry-sky-night-sky-stars-night-2675322/

Každá generácia hviezd tak do vesmíru pridáva ďalšie hélium. Ak by sme merali len tak, dostali by sme skreslený obraz, pretože by sme nevedeli rozlíšiť, koľko hélia je pôvodné a koľko pochádza z hviezd. Projekt LBT Y P preto cielene vyberá galaxie, ktoré majú málo kovov – tie totiž neprešli takým intenzívnym hviezdnym obohacovaním. Ich medzihviezdny plyn je tak bližšie k pôvodnému zloženiu raného vesmíru.

Ako sa meria prvotné hélium

Astronómovia skúmajú svetlo, ktoré prechádza medzihviezdnym plynom v týchto galaxiách. Podľa spektrálnych čiar dokážu určiť, koľko hélia a vodíka sa v plyne nachádza. Keďže galaxie sú vzdialené a ich svetlo je slabé, musia používať veľké teleskopy, akým je Large Binocular Telescope. Získané údaje sa potom štatisticky spracujú a porovnajú s teoretickými modelmi. Výsledok 24,58 % je jedným z najpresnejších meraní prvotného hélia vôbec.

Tento výsledok má praktické dôsledky pre ďalší výskum. Pomáha overiť, že naše chápanie prvých minút vesmíru je správne. Ak by sa hodnota výrazne líšila od predpovedí, znamenalo by to, že v štandardnom modeli niečo nesedí. Zhoda s údajmi z družice Planck je preto dôležitá – nezávisle potvrdzuje, že kozmické mikrovlnné pozadie a merania hélia opisujú ten istý vesmír.

Zároveň nám pomer 90 % prvotného a 10 % hviezdneho hélia hovorí niečo o tom, ako rýchlo sa v galaxiách tvorili hviezdy. To je užitočné aj pre pochopenie vzniku ťažších prvkov, ktoré sú nevyhnutné pre život. Každé spresnenie tohto čísla tak rozširuje náš obraz o tom, ako sa vesmír vyvíjal od svojich prvých okamihov až po súčasnosť.

Aj keď ide o presvedčivé potvrdenie, samotný tím upozorňuje, že ide o meranie na obmedzenej vzorke galaxií. Do budúcnosti bude dôležité zopakovať podobné analýzy na väčšom súbore a overiť, či sa hodnota nebude meniť. Presnosť meraní sa bude zvyšovať s novými prístrojmi, no už teraz je jasné, že prvotné hélium zostáva jedným z najspoľahlivejších svedkov raného vesmíru.

Zdroj: Universe Today

Pôvodný článok: https://www.universetoday.com/articles/primordial-helium-further-confirms-our-understanding-of-the-big-bang