Gökbilimciler, 15 küçük galaksideki gazların ölçümünden yararlanarak Büyük Patlama’nın ilk beş dakikasında oluşan helyum miktarını hesapladı. Çalışmada ölçüm belirsizliği yüzde 0,5’e düşürüldü; elde edilen sonuç, evrenin başlangıç koşullarını ve temel fizik kurallarını incelemek için yeni bir veri sağladı.
Kimyasal izleri koruyan galaksiler incelendi
Minnesota Üniversitesi araştırmacılarının da katıldığı uluslararası ekip, Büyük Binoküler Teleskop ile 130 saatlik gözlem gerçekleştirdi. Yöntem ve bulgular, The Astrophysical Journal’da yayımlanan beş makalede aktarıldı.
Büyük Patlama modeline göre evren, yaklaşık 13,8 milyar yıl önce sıcak ve yoğun bir hâlden genişlemeye başladı. İlk dakikalarda ortaya çıkan helyum ile hidrojenin ağır türü olan döteryum, o dönemin koşullarına ilişkin bilgi taşıyor. Ancak yıldızların yaşamları boyunca galaksilerdeki element oranlarını değiştirmesi, başlangıçtaki helyum miktarını belirlemeyi güçleştiriyor.
Bu sorunu aşmak isteyen araştırmacılar, yıldızların kimyasal yapısını çok az değiştirdiği galaksilere yöneldi. Bu galaksilerin gazları erken evrenden kalan izleri koruduğu için ekip, ilk helyum miktarını söz konusu izlerden hesapladı.
İnceleme ilk aşamada 54 gaz bölgesini kapsadı. Kalite kontrolleri sonrasında 41 bölge değerlendirmeye alındı; başlangıçtaki helyum oranının hesabında ise ağır element bakımından fakir 15 bölgenin verileri kullanıldı.
Işık çizgileri ölçüm belirsizliğini azalttı
Ohio Eyalet Üniversitesi tarafından geliştirilen cihazlarla galaksilerden gelen ışığı renklerine ayıran ekip, hidrojen ve helyumun ışıkta bıraktığı izleri analiz etti. Araştırmacılar helyuma ait 10’dan fazla, hidrojene ait 15 ışık çizgisini inceledi. Bu çizgiler, ölçümdeki küçük hataları saptayıp düzeltmelerine imkân verdi.
Hesaplamaya göre ilk helyum, normal maddenin kütlesinin yaklaşık yüzde 24,58’ini oluşturuyordu. Belirtilen yüzde 0,5’lik değer, helyum oranının kendisini değil, ölçümün belirsizliğini ifade ediyor. Bulunan oran, Büyük Patlama modelinin öngörüsüyle uyumlu çıktı.
Helyum miktarı nötrinolar hakkında da bilgi verebilir
Evrenin ilk dakikalarında bulunan parçacıklar, üretilen helyum miktarını etkiliyor. Bu nedenle araştırmacılar, helyum ölçümünden o dönemdeki nötrino türlerinin sayısını da hesaplayabiliyor. Nötrinolar, kütlesi çok küçük olan atom altı parçacıklar arasında yer alıyor.
Yeni ölçümün daha dar belirsizlik aralığı, temel parçacıkları ve bunların etkileşimlerini açıklayan Standart Model’in sınanmasına katkı sağlayacak veriler sunuyor.
