به گزارش اطلاعات آنلاین به نقل از BGNES، یک تیم بین‌المللی با استفاده از یکی از قدرتمندترین تلسکوپ‌های جهان، ۱۵ کهکشان بکر و دست نخورده را مورد مطالعه قرار دادند که به عنوان کپسول‌های زمان کیهانی عمل کرده و سرنخ‌هایی از تقریباً ۱۳.۸ میلیارد سال پیش را حفظ می‌کنند.
دانشمندان میزان هلیوم تولید شده در پنج دقیقه اول جهان را با دقت بی‌سابقه‌ای اندازه‌گیری کرده‌اند و تصویر واضح‌تری از شرایطی که اندکی پس از بیگ بنگ وجود داشته است، ارائه می‌دهند. این دستاورد که توسط یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی شامل دانشمندانی از دانشگاه مینه‌سوتا در شهرهای دوقلو انجام شده است، نشان دهنده پیشرفت بزرگی در کیهان‌شناسی دقیق است.
این یافته ها نتییجه ۱۳۰ ساعت مشاهده با استفاده از تلسکوپ دوچشمی بزرگ هستند. محققان با تجزیه و تحلیل کهکشان‌های دور، عدم قطعیت در این اندازه‌گیری اساسی را به تنها ۰.۵ درصد کاهش دادند و آن را سه برابر دقیق‌تر از تخمین‌های قبلی کردند.
این دقت بهبود یافته، ابزار جدید قدرتمندی را برای بررسی منشأ جهان و آزمایش مدل استاندارد فیزیک در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد. چنین آزمایش‌های اساسی سابقه طولانی در پیشبرد درک علمی و کمک به پیشرفت‌های فناوری دارند.
«ایوان اسکیلمن»، استاد برجسته دانشکده فیزیک و نجوم دانشکده علوم و مهندسی دانشگاه مینه‌سوتا، گفت: «این یک آزمایش فیزیک در مقیاس بزرگ و یکی از بزرگترین یافته‌های من در کل ۴۰ سال فعالیت حرفه‌ای من است. این یک عدد بنیادی است که به طور خاص در مورد شرایط جهان ما در پنج دقیقه اول آن به ما می‌گوید. این عدد قدرت تشخیصی دارد که مستقیماً با مدل استاندارد فیزیک مطابقت دارد.»
چرا هلیوم سرنخ‌هایی از بیگ بنگ دارد؟
طبق نظریه بیگ بنگ، جهان تقریباً ۱۳.۸ میلیارد سال پیش از یک حالت فوق‌العاده داغ و متراکم شروع به انبساط کرد. سه خط اصلی شواهد از این توضیح پشتیبانی می‌کنند: انبساط مداوم جهان، تابش زمینه مایکروویو کیهانی و مقادیر عناصر سبک مانند هلیوم و دوتریوم که در اولین لحظات آن تشکیل شده‌اند.
اگرچه انبساط کیهانی و زمینه مایکروویو به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اما اندازه‌گیری‌های هلیوم اولیه از نظر تاریخی کمتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. تعیین دقیق‌تر فراوانی اولیه آن به محققان این امکان را می‌دهد تا شرایط فیزیکی حاکم بر جهان را زمانی که تنها چند دقیقه از عمر آن می‌گذشت، بررسی کنند.
برای دستیابی به سطح جدیدی از دقت، این تیم از روش مرسوم تخمین هلیوم اولیه فاصله گرفت. این رویکرد شامل مشاهده تعداد زیادی کهکشان و برون‌یابی نتایج برای تعیین میزان هلیوم موجود قبل از تغییر ترکیب شیمیایی نسل‌های بعدی ستارگان است.
در عوض، محققان ۱۵ کهکشان فوق‌العاده بکر، کوچک و دور را انتخاب کردند. این کهکشان‌ها تکامل شیمیایی نسبتاً کمی را پشت سر گذاشته‌اند و همین امر آنها را به "کپسول‌های زمان" کیهانی ارزشمندی تبدیل کرده است که سرنخ‌هایی در مورد ترکیب اولیه جهان را حفظ می‌کنند.
تلسکوپ‌های قدرتمند دقت بی‌سابقه‌ای را ارائه می‌دهند
این تیم از طیف‌نگارهای پیشرفته توسعه‌یافته در دانشگاه ایالتی اوهایو برای بررسی همزمان بیش از ۱۰ خط طیفی هلیوم و ۱۵ خط هیدروژن استفاده کرد. مطالعه این سیگنال‌ها با هم، شناسایی و اصلاح منابع ظریف خطای اندازه‌گیری را که مطالعات قبلی می‌توانستند تا حد زیادی نادیده بگیرند، امکان‌پذیر ساخت.
چنین اثرات کوچکی به ویژه زمانی اهمیت پیدا می‌کنند که محققان در تلاشند عدم قطعیت را به کمتر از ۱ درصد کاهش دهند. در نظر گرفتن آنها برای دستیابی به دقت جدید ۰.۵ درصد ضروری بود.
«ریچارد پوگ»، استاد برجسته نجوم در کالج هنر و علوم در دانشگاه ایالتی اوهایو، گفت: "ساخت طیف‌نگارهای MODS از زمان تصور تا اولین نور در آسمان ۱۲ سال طول کشید. این همان نوع پروژه‌ای است که ما آنها را برای انجام آن طراحی کرده‌ایم، و دیدن اینکه آنها به موفقیت می‌رسند بسیار رضایت‌بخش است. هر روز نمی‌توان به ساخت ابزارهایی که چیزی اساسی در مورد جهان ما را اندازه‌گیری می‌کنند، کمک کرد."
آزمایش قوانین بنیادی فیزیک
این اندازه‌گیری جدید، فراتر از اصلاح تخمین‌های مربوط به ترکیب شیمیایی اولیه جهان، آزمون مهمی برای مدل استاندارد فیزیک ارائه می‌دهد. میزان هلیوم ایجاد شده اندکی پس از بیگ بنگ به شرایط فیزیکی در آن زمان، از جمله انواع ذرات بنیادی موجود، بستگی دارد.
محققان با استفاده از اندازه‌گیری دقیق هلیوم خود، توانستند تعداد خانواده‌های نوترینو را در جهان اولیه محاسبه کنند. نوترینوها ذرات زیر اتمی بسیار سبکی هستند و رفتار آنها نقش مهمی در درک دانشمندان از فیزیک بنیادی ایفا می‌کند.
بنابراین، این نتایج چیزی بیش از تقویت شواهد موجود برای بیگ بنگ است. آنها همچنین راهی دقیق‌تر برای بررسی اینکه آیا نظریه‌های فیزیکی تثبیت شده، جهان را در چند دقیقه اول آن به طور دقیق توصیف می‌کنند یا خیر، ارائه می‌دهند.
اسکیلمن افزود: "ما در پیشنهاد خود قول نیم درصد عدم قطعیت را دادیم و به آن رسیدیم. در دنیای غیرقابل پیش‌بینی علم، این اتفاق اغلب نمی‌افتد."
نتایج این پژوهش در پنج مقاله مجزا در مجله The Astrophysical Journal منتشر شده است.