W jaki sposób hel pojawił się w kosmosie?
Według astronomów wodór i hel należały do pierwszych pierwiastków, które pojawiły się po Wielkim Wybuchu. W tym samym okresie powstały także niewielkie ilości lżejszych pierwiastków, między innymi litu, jednak ich udział był bardzo mały. W młodym Wszechświecie na jedną część helu przypadały trzy części wodoru.
Pierwiastki cięższe od tych dwóch powstały dopiero później, w wyniku różnych zjawisk astrofizycznych. Wytwarzały się we wnętrzach gwiazd podczas syntezy jądrowej, a także w trakcie eksplozji supernowych. Do ich rozprzestrzeniania się w kosmosie przyczyniały się również zderzenia gwiazd neutronowych. Nawet obecnie ciężkie pierwiastki, określane mianem metali, występują we Wszechświecie stosunkowo rzadko.
Do metod wykorzystywanych przy badaniu Wielkiego Wybuchu należy określanie proporcji pierwiastków, w tym ilości wodoru i helu obecnych w pierwotnej materii. Precyzyjne ustalenie tych wartości stanowi jednak wyzwanie. Cały obserwowany obecnie wodór pochodzi z początkowego okresu istnienia Wszechświata, natomiast w przypadku helu takie pochodzenie dotyczy tylko jego części.
Znacząca większość helu powstała na wczesnym etapie historii kosmosu. Pierwiastek ten jest jednak również najczęściej powstającym produktem ubocznym syntezy jądrowej zachodzącej w gwiazdach. W procesach tych wytwarzane są zarówno duże ilości helu, jak i metale. W rezultacie przez miliardy lat zwiększał się udział helu we Wszechświecie, co ma znaczenie przy wykonywaniu pomiarów jego zawartości.
Badania objęły 54 galaktyki z niewielką ilością metali
W ramach projektu Large Binocular Telescope Primordial Helium Abundance (LBT YP) badacze przeanalizowali zawartość wodoru oraz helu w 54 galaktykach ubogich w ciężkie pierwiastki. Obiekty te są odległe i zawierają przede wszystkim wczesne gwiazdy, a ilość obecnych w nich cięższych pierwiastków pozostaje niewielka. Naukowcy przyjęli, że w takich galaktykach mniejsze jest również wzbogacenie w hel wytworzony w gwiazdach. Rezultaty pracy opublikowano na łamach czasopisma „The Astrophysical Journal”.
Ile pierwotnego helu zawiera materia Wszechświata?
Badanie obszarów gazu międzygwiazdowego w analizowanych galaktykach pozwoliło oszacować, że hel pochodzący z początkowego okresu istnienia kosmosu stanowi 24,58 proc. pierwotnej materii pod względem jej masy. Otrzymana wartość jest bliska wynikowi 24,67 proc., który uzyskano na podstawie obserwacji mikrofalowego promieniowania tła prowadzonych przez satelitę Planck. Zbieżność obu pomiarów stanowi kolejne potwierdzenie modelu Wielkiego Wybuchu.
Zestawiając uzyskane dane z pomiarami ilości helu w bliższym otoczeniu, astrofizycy obliczyli, że około 90 proc. tego pierwiastka we Wszechświecie powstało w jego początkowej fazie. Pozostałe 10 proc. jest produktem syntezy jądrowej we wnętrzach gwiazd. Wyniki dostarczają danych dotyczących tempa formowania się gwiazd w galaktykach i mogą przyczynić się do lepszego poznania mechanizmów odpowiedzialnych za powstawanie poszczególnych pierwiastków.
Mariusz Drzewiecki
