Почему Вселенная не пустая и вообще существует: найден ответ на давнюю космологическую загадку

Новые данные, собранные с помощью японского телескопа Subaru, пролили свет на главный вопрос космологии: почему Вселенная вообще существует, хотя могла уже давно исчезнуть? О результатах нового исследования рассказала Энн-Кэтрин Бернс из Калифорнийского университета в Ирвине, США, для издания Gizmodo.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Согласно теории, когда 13,8 млрд лет назад появилась Вселенная, то появились частицы материи и антиматерии, которые имеют противоположные свойства. При столкновении таких противоположных частиц происходит взрыв с выделением энергии. То есть, в самом начале если бы появилось равное количество таких частиц и античастиц, то они бы уничтожили друг друга, и Вселенная оказалась бы пустой. Но она не пустая – в ней есть звезды, планеты и галактики. Но антиматерия в небольшом количестве также присутствует.

"Как физик я заинтересована в так называемой проблеме асимметрии материи и антиматерии. В нашем недавнем исследовании мы с коллегами обнаружили, что новое измерение количества и типа гелия в далеких галактиках может предложить решение этой давней загадки", — говорит Бернс.

Что было в самом начале?

В первые миллисекунды после Большого взрыва наша Вселенная была наполнена протонами, электронами и нейтронами, которые плавали в плазме. Но также тогда появились и такие слабо взаимодействующие частицы, как нейтрино и их противоположные аналоги – антинейтрино.

Сейчас физики считают, что через секунду после Большого взрыва произошло формирование ядер гелия и водорода. Считается, что что нейтрино и антинейтрино сыграли важную роль в создании, в частности, ядер гелия.

Когда Вселенная перестала быть очень горячей, то из протонов и нейтронов образовались водород, гелий и другие элементы. Гелий состоит из двух протонов и двух нейтронов, а водород состоит только из одного протона, без нейтронов. Таким образом, чем меньше нейтронов было в ранней Вселенной, тем меньше могло появиться гелия.

Измерение гелия

Сейчас ученые могут узнать, сколько нейтрино и антинейтрино существовало в ранней Вселенной, благодаря изучению галактик, которые состоят в основном из гелия и водорода. В 2022 году японские ученые использовали телескоп Subaru для изучения 10 таких галактик.

Наблюдения показали, что в этих галактиках находится гораздо меньше гелия, чем предполагали теории. Получив этот результат, я и мои коллеги работали в обратном направлении, чтобы найти количество нейтрино и антинейтрино, необходимое для получения гелия, обнаруженного в этих галактиках", — говорит Бернс.

Принятая ранее теория предсказывала, что в ранней Вселенной должно быть одинаковое количество нейтрино и антинейтрино. Однако, новое исследование показало, что количество нейтрино больше, чем количество антинейтрино.

Что это значит?

Новые данные указывают на источник асимметрии между материей и антиматерией и это нейтрино. В этом исследовании ученые доказали, что новое измерение гелия согласуется с тем, что в ранней Вселенной было больше нейтрино, чем антинейтрино. По словам Бернс, асимметрия нейтрино может перейти в асимметрию всей материи.

"Наши результаты являются лишь теорией. По сути, мы обнаружили способ возникновения асимметрии материи и антиматерии, но это не значит, что эта асимметрия появилась именно так. То, что данные наблюдений согласуются с нашей теорией, является намеком на то, что наша теория может быть правильной, но может быть и нет", — говорит Бернс.

Согласно данному исследованию именно нейтрино могут быть ключом к ответу на вопрос, почему вообще существует Вселенная.

Как уже писал Фокус, эту загадку не могли разгадать 80 лет, но теперь ученые выяснили, что же происходит на Солнце. Исследователи смогли понять, почему внешняя атмосфера нашей звезды имеет такую невероятно высокую температуру, которая значительно выше, чем на поверхности Солнца.