Чому Всесвіт не порожній і взагалі існує: знайдено відповідь на давню космологічну загадку

Нові дані, зібрані за допомогою японського телескопа Subaru, пролили світло на головне питання космології: чому Всесвіт взагалі існує, хоча міг уже давно зникнути? Про результати нового дослідження розповіла Енн-Кетрін Бернс із Каліфорнійського університету в Ірвіні, що в США, для видання Gizmodo.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Згідно з теорією, коли 13,8 млрд років тому з'явився Всесвіт, то з'явилися частки матерії та антиматерії, які мають протилежні властивості. Під час зіткнення таких протилежних часток відбувається вибух із виділенням енергії. Тобто якби на самому початку з'явилася рівна кількість таких часток і античасток, то вони б знищили одна одну, і Всесвіт виявився б порожнім. Але він не порожній — у ньому є зірки, планети й галактики. Але антиматерія в невеликій кількості також присутня.

"Як фізикиня я зацікавлена в так званій проблемі асиметрії матерії та антиматерії. У нашому нещодавньому дослідженні ми з колегами виявили, що новий вимір кількості й типу гелію в далеких галактиках може запропонувати вирішення цієї давньої загадки", — каже Бернс.

Що було на самому початку?

У перші мілісекунди після Великого вибуху наш Усесвіт був наповнений протонами, електронами та нейтронами, які плавали в плазмі. Але також тоді з'явилися й такі частки як нейтрино та їхні протилежні аналоги антинейтрино — усі вони слабко взаємодіють.

Наразі фізики вважають, що через секунду після Великого вибуху відбулося формування ядер гелію і водню. Вважається, що нейтрино й антинейтрино відіграли важливу роль у створенні, зокрема, ядер гелію.

Коли Всесвіт перестав бути дуже гарячим, то з протонів і нейтронів утворилися водень, гелій та інші елементи. Гелій складається з двох протонів і двох нейтронів, а водень складається тільки з одного протона, без нейтронів. Отже, чим менше нейтронів було в ранньому Всесвіті, тим менше могло з'явитися гелію.

Вимірювання гелію

Наразі вчені можуть дізнатися, скільки нейтрино й антинейтрино існувало в ранньому Всесвіті, завдяки вивченню галактик, що складаються здебільшого з гелію та водню. У 2022 році японські вчені використовували телескоп Subaru для вивчення 10 таких галактик.

"Спостереження показали, що в цих галактиках міститься набагато менше гелію, ніж припускали теорії. Отримавши цей результат, я та мої колеги працювали у зворотному напрямі, щоб знайти кількість нейтрино й антинейтрино, необхідну для отримання гелію, виявленого в цих галактиках", — каже Бернс.

Ухвалена раніше теорія передбачала, що в ранньому Всесвіті має бути однакова кількість нейтрино й антинейтрино. Однак нове дослідження показало, що кількість нейтрино більша, ніж кількість антинейтрино.

Що це означає?

Нові дані вказують на джерело асиметрії між матерією та антиматерією, і це нейтрино. У цьому дослідженні вчені довели, що новий вимір гелію узгоджується з тим, що в ранньому Всесвіті було більше нейтрино, ніж антинейтрино. За словами Бернс, асиметрія нейтрино може перейти в асиметрію всієї матерії.

"Наші результати є лише теорією. По суті, ми виявили спосіб виникнення асиметрії матерії та антиматерії, але це не означає, що ця асиметрія з'явилася саме так. Те, що дані спостережень узгоджуються з нашою теорією, є натяком на те, що наша теорія може бути правильною, але може бути й ні", — каже Бернс.

Згідно з цим дослідженням, саме нейтрино можуть бути ключем до відповіді на питання, чому взагалі існує Всесвіт.

Як уже писав Фокус, цю загадку не могли розгадати 80 років, але тепер учені з'ясували, що ж відбувається на Сонці. Дослідники змогли зрозуміти, чому зовнішня атмосфера нашої зірки має таку неймовірно високу температуру, яка значно вища, ніж на поверхні Сонця.