Вселенная началась с Большого взрыва. На этот раз точно | Популярный Университет

Вселенная началась с Большого взрыва. На этот раз точно

Вселенная началась с Большого взрыва. На этот раз точно

Итальянские учёные нашли ещё одно экспериментальное подтверждение тому, что Вселенная, какой мы её знаем, началась с Большого взрыва. На глубине более одного километра под землёй исследователи осуществили ядерную реакцию, которая привела к появлению первых атомов через секунду после рождения Вселенной, и измерили её эффективное сечение. Результаты исследования астрофизики опубликовали в журнале Nature. 

Большой взрыв — это общепринятая и самая точная на сегодня модель эволюции Вселенной и появления в ней вещества. Теория такова: через 10-32 секунд после Большого взрыва во Вселенной образовались протоны и нейтроны. Температура была настолько высока, что они не могли связаться друг с другом.

Спустя одну секунду начался первичный нуклеосинтез. Вещество охладилось достаточно для следующей ступени трансформации: нейтроны и протоны объединились в самое первое атомное ядро дейтерия, которое содержало один протон и один нейтрон. 

После этого дейтерий в результате нескольких реакций преобразовался в ядра 3He (гелий-3) и 4He (гелий-4). Через пять минут после взрыва Вселенная на 75%  состояла из протонов (ядро водорода) и на 25% из ядер 4He. В небольшом количестве также присутствовали ядра дейтерия, 3He и 7Li. Таким образом в результате Большого взрыва появились два самых распространённых во Вселенной элемента — гелий и водород. Элементы тяжелее лития образовались гораздо позже — во время смерти первых звёзд. 

Чтобы подтвердить, что всё было именно так, учёные наблюдают за легкими элементами во Вселеннной. Благодаря наблюдениям космологи сегодня точно знают, что изначально ядер 4He во Вселенной было именно 25%. Гораздо менее точны данные о количестве ядер водорода. Неопределённость происходит из неточного определения скорости ключевой ядерной реакции: слияния протона с ядром дейтерия с образованием ядра 3He.

Реакция соединения протона (p) с ядром дейтерия (21H). В результате образуется ядро гелия-3 (32He) и фотон (y)

В предыдущих исследованиях рассчитанная из экспериментальных данных скорость реакции получалась существенно заниженной, а поэтому предсказываемое количество протонов оставалось некорректным. Со столь трудной проблемой удалось справиться учёным из Италии.

Для точного определения скорости реакции нуклеосинтеза физики провели эксперимент в подземной лаборатории на глубине более одного километра под Апеннинскими горами. Таким образом учёные избавились от искажающего результаты космического излучения.

Разгоняя пучок протонов в 400-киловольтовом ускорителе до энергий первичного нуклеосинтеза, физики бомбардировали им высокочистый дейтериевый газ. Неопределённость вычисленной скорости реакции составила всего 3%. Это позволило авторам существенно улучшить точность теории возникновения первого по Вселенной вещества.

Результаты, полученные итальянскими астрофизиками, окажут существенное и длительное влияние на всю теоретическую космологию. Их впечатляющий успех будет стимулировать изучение космических эпох, которые предшествовали эпохе первичного нуклеосинтеза. Также полученные данные позволили оценить количество барионной материи, которой оказалось всего 4% от общей массы Вселенной. А это значит, что оставшиеся 96% обусловлены присутствием невидимой тёмной материи и тёмной энергии, природа которых остаётся неизвестной.

Автор: Альберт Ахмадеев
Редактор: Никита Шевцев

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: