Астрономы подсчитали гелий во Вселенной — результат совпал с прогнозом Большого взрыва

Ученые из проекта LBT Yₚ изучили области межзвездного газа в 54 галактиках. Они выбрали галактики, где мало элементов тяжелее гелия. Такие объекты помогают оценить первоначальный состав вещества: их газ меньше изменился под влиянием звезд. Результаты проекта вышли в серии статей в журнале The Astrophysical Journal.

В ранней Вселенной образовались преимущественно водород и гелий, а также следовые количества других легких элементов, в том числе лития. По массе на водород приходилось примерно три четверти вещества, на гелий — одна четверть. Более тяжелые элементы появились позднее благодаря процессам в звездах, взрывам сверхновых и слияниям нейтронных звезд.

Однако ученые не могут просто измерить долю гелия в современном космосе и считать ее первоначальной. Звезды превращают водород в гелий в ходе термоядерных реакций. Поэтому за миллиарды лет к гелию ранней Вселенной добавился гелий, который произвели звезды. Чтобы проверить модель Большого взрыва, нужно отделить эти два вклада.

Низкое содержание тяжелых элементов помогает решить эту задачу. Астрономы объединяют все элементы тяжелее гелия под общим названием «металлы». Чем меньше таких элементов в газе, тем меньше он обогатился продуктами звездных реакций. Значит, в нем обычно меньше и дополнительного гелия. По данным о таком газе исследователи могут оценить долю гелия до того, как звезды начали менять химический состав Вселенной.

Оценка по данным Planck опирается на другой источник — реликтовое излучение, которое сохранилось с ранних этапов истории Вселенной. Близость этой оценки к результату анализа галактического газа показывает, что наблюдения согласуются с расчетами образования легких элементов после Большого взрыва.

Авторы также сравнили свой результат с измерениями содержания гелия в более близких областях космоса. По их оценке, около 90% всего гелия имеет первичное происхождение, а оставшиеся 10% возникли в звездах. Такое соотношение помогает исследовать, как быстро галактики образовывали звезды и как со временем менялся состав их вещества.