Нова теорія може пояснити, чому Всесвіт не самознищився на початку існування

Питання існування всесвіту – не філософське. Принаймні, в цьому випадку. Воно цілком наукове, адже вчені припускають, що на всю матерію, створену на момент зародження Всесвіту, мала бути створена рівна кількість антиматерії. Остання також має масу та займає простір, однак її частинки демонструють властивості, протилежні властивостям відповідних частинок матерії. Це призводить до того, що при зустрічі одна з одною, вони повинні анігілювати, тобто взаємознищитись, вивільнивши енергію. Тож якщо їхня кількість була рівна, Всесвіт випарувався б іще на початку й ніколи б не утворив галактики, зорі, планети й, відповідно, нас, людей. Сьогодні мізерна кількість антиматерії існує навколо нас, але вона дуже рідкісна. Це означає, що вона або кудись зникла, або десь ховається, або ж її взагалі не було так багато й теорія хибна. Нове припущення дещо відрізняється від усього, що раніше висували вчені.

Дивіться також Астрономи сфотографували народження планети, схожої на Юпітер

Як починався Всесвіт

Нове дослідження проблеми асиметрії показує, що вимірювання телескопом кількості й типу гелію у далеких галактиках може запропонувати рішення цієї давньої загадки. 

У перші мілісекунди після Великого вибуху Всесвіт був гарячим, щільним і повним елементарних частинок, таких як протони, нейтрони та електрони, що плавали в плазмі. У цій суміші також були присутні нейтрино — дуже крихітні частинки, що слабко взаємодіють між собою, та антинейтрино — їхні аналоги з антиматерії.

Фізики вважають, що вже через секунду після Великого вибуху почали формуватися ядра легких елементів, таких як водень і гелій. Цей процес відомий як нуклеосинтез Великого вибуху. Ядра, що утворилися, складалися приблизно на 75% з ядер водню та на 24% з ядер гелію, а також з невеликої кількості важчих ядер. Найбільш поширена у спільноті фізиків теорія утворення цих ядер говорить, що нейтрино та антинейтрино відіграли фундаментальну роль у створенні ядер гелію.

Утворення гелію в ранньому Всесвіті відбувалось у два етапи. Спочатку нейтрони та протони перетворювалися з одних в інші в серії процесів за участю нейтрино та антинейтрино. З охолодженням Всесвіту ці процеси припинилися і встановилося співвідношення протонів і нейтронів.

Фізики досі перевіряють і дискутують про те, як співвідношення протонів і нейтронів залежить від відносної кількості нейтрино та антинейтрино в ранньому Всесвіті. Якби нейтрино було більше, то моделі показували б більше протонів, а нейтронів було б менше.

Тож коли Всесвіт охолоджувався, з цих протонів і нейтронів утворилися водень, гелій та інші елементи. Гелій складається з двох протонів і двох нейтронів, а водень — лише з одного протона та без нейтронів. Отже, чим менше нейтронів було доступно в ранньому Всесвіті, тим менше гелію могло би виникнути. Оскільки ядра, утворені під час нуклеосинтезу Великого вибуху, можна спостерігати й сьогодні, вчені можуть зробити висновок, скільки нейтрино та антинейтрино було в ранньому Всесвіті. Вони роблять це, вивчаючи галактики, багаті на легкі елементи, такі як водень і гелій.

Гелій дає відповіді

Минулого року Subaru Collaboration – група японських вчених, які працюють на телескопі Subaru – опублікувала дані про 10 галактик далеко за межами нашої, які майже повністю складаються з водню та гелію. Використовуючи метод, який дозволяє дослідникам відрізняти різні елементи один від одного на основі довжин хвиль світла, що спостерігаються в телескоп, вдалося точно визначити, скільки гелію існує в кожній з цих 10 галактик: його менше, ніж прийнята теорія передбачає. Тож учені повернулися назад, щоб визначити кількість нейтрино та антинейтрино, необхідну для створення такої кількості гелію. 

Офіційно прийняті сьогодні розрахунки говорять, що в ранньому Всесвіті мала бути однакова кількість нейтрино та антинейтрино. Однак новий аналіз показав інакше: кількість нейтрино була більшою, ніж кількість антинейтрино.

Які висновки можна зробити

Цей аналіз нових даних про багаті на гелій галактики має далекосяжні наслідки. Він може бути використаний для пояснення асиметрії між матерією та антиматерією. Дані прямо вказують на джерело цього дисбалансу: нейтрино. Через різні процеси фізики елементарних частинок асиметрія в нейтрино могла поширитися на асиметрію в усій матерії.