Obserwacje zawartości helu-3 w obszarach wodoru zjonizowanego pozwoliły na określenie ilości zwykłej materii w naszym Wszechświecie - informuje najnowsze "Nature".

     Okazuje się, że gęstość zwykłej materii we Wszechświecie stanowi tylko 4 proc. gęstości potrzebnej do ponownego skurczenia Wszechświata.

     Określenie ilości materii zawartej w naszym Wszechświecie jest jednym z najważniejszych problemów współczesnej kosmologii, pozwala bowiem odpowiedzieć na pytanie, czy Wszechświat będzie rozszerzał się w nieskończoność, czy kiedyś zacznie się kurczyć.

     Jedną z możliwości odpowiedzi na powyższe pytania są badania składu chemicznego w pierwszych sekundach życia Wszechświata.

     Wiemy bowiem, że Wszechświat był kiedyś na tyle gorący, iż zaistniały w nim reakcje termojądrowe. Ta nukleosynteza pierwotna doprowadziła do powstania z wodoru pierwiastków takich jak lit i izotopy helu - hel-3 oraz hel-4. Poznanie względnej zawartości tych pierwiastków w odległej przeszłości pozwoliłoby dać oszacowanie ilości zwykłej materii obecnej w naszym Wszechświecie.

     Problem w tym, że zawartości wspomnianych pierwiastków stale się zmieniają. Przykładowo hel-3 jest produkowany w dużych ilościach przez gwiazdy podobne do naszego Słońca. Wiemy to z obserwacji umierających gwiazd, które wyrzucają w przestrzeń kosmiczną swoje warstwy zewnętrzne, świecąc na naszym niebie jako piękne mgławice planetarne. Dobrze poznana mgławica tego typu - NGC 3242 pokazuje zawartości helu-3 takie, jakie otrzymywaliśmy konstruując jej modele teoretyczne.

     Modele te mówią ponadto, że sporych zawartości helu-3 powinniśmy oczekiwać także w dysku galaktycznym w okolicach naszego Słońca. Powinno być go dużo w chmurach materii międzygwiazdowej, okolicznych mgławicach planetarnych i obszarach wodoru zjonizowanego.

     Obserwacje tych obiektów, które rozpoczęto w latach 80. ubiegłego wieku, przyniosły ogromną niespodziankę. Okazało się, że większość z nich ma niskie zawartości helu-3, nie wskazujące na jego znaczną produkcję po nukleosyntezie pierwotnej. Fakt ten spowodował, że hel-3 został na kilkanaście lat odsunięty na bok jako potencjalny wskaźnik pozwalający oszacować zawartość materii we Wszechświecie.

     Wyniki kilkunastu lat obserwacji opublikowane w najnowszym numerze "Nature" przez grupę kierowaną przez T. M. Bania z Institute for Astrophysical Research w Bostonie przynoszą rozwiązanie problemu związanego z brakiem helu-3.

     Ich obserwacje pokazują, że pobliskie obszary wodoru zjonizowanego, bez względu na wiek, odległość od centrum Galaktyki i zawartość metali, pokazują takie same i na dodatek niskie zawartości helu-3. Najnowsze modele teoretyczne wskazują, że istnieją dość efektywne mechanizmy niszczące ten pierwiastek we wnętrzach gwiazd, zanim zostanie on wyrzucony w postaci mgławicy planetarnej.

     Mechanizmami takimi mogą być rotacja gwiazdy czy silne mieszanie materii w jej wnętrzu. Statystycznie rzecz ujmując tylko u 10 proc. gwiazd mechanizmy te nie doprowadzą do całkowitego zniszczenia helu-3. Takim przypadkiem jest właśnie wspomniana wcześniej mgławica NGC 3242.

     Połączenie najnowszych modeli z obserwacjami obszarów wodoru zjonizowanego wskazuje, że zawartość helu-3 w rejonach jego niskiej zawartości jest bardzo dobrym czynnikiem pozwalającym wyznaczyć pierwotne obfitości lekkich pierwiastków.

     I tak grupa Banii otrzymała, że helu-3 tuż po zakończeniu nukleosyntezy pierwotnej prawdopodobnie było ok. miliona razy mniej niż wodoru. Świadczy to o tym, że zwykłej materii jest we Wszechświecie niewiele. Jej gęstość stanowi tylko 4 proc. gęstości potrzebnej do tego, by w przyszłości Wszechświat zaczął się kurczyć.

     Skądinąd wiemy jednak, że około 90 proc. materii we Wszechświecie stanowi tzw. "ciemna materia", z której spora część może być postaci dotychczas nam nieznanej. Nie znamy jednak dokładnie jej ilości i przez to nie wiemy, jaka przyszłość czeka nasz Wszechświat.
Powrót do spisu