Büyük Patlama'nın ilk dakikalarından kalan helyum yüzde 0,5 hassasiyetle ölçüldü

Evrendeki helyumun büyük kısmı, Büyük Patlama'dan sonraki ilk birkaç dakikada oluştu. Bu ilk helyumun miktarı şimdiye kadarki en yüksek hassasiyetle ölçüldü. Minnesota ve Ohio State üniversitelerinin önderliğindeki LBT Yp Projesi, Arizona'daki Büyük Dürbün Teleskobu (Large Binocular Telescope, LBT) ile yaptığı gözlemlerden ilkel helyum oranını yüzde 0,5 belirsizlikle belirledi. Sonuçlar The Astrophysical Journal'da beş makalelik bir dizi hâlinde yayımlandı; dizinin ilk makalesi 9 Eylül 2026'da çevrimiçi yayına girdi.

Büyük Patlama'nın kimyasal parmak izi

Büyük Patlama modeli üç temel gözleme dayanıyor: evrenin genişlemesi, kozmik mikrodalga arka plan ışıması ve evrenin ilk anlarında oluşan helyum, döteryum gibi hafif elementlerin miktarı. Minnesota Üniversitesi'nin açıklamasına göre ilk ikisi kapsamlı biçimde incelenmiş olsa da ilkel helyum ölçümleri görece daha az ilgi gördü.

Büyük Patlama çekirdek sentezi denen süreçte, evren yalnız birkaç dakikalıkken proton ve nötronlar birleşerek hafif çekirdekleri oluşturdu. Ne kadar helyum çıkacağı, o sıradaki genişleme hızına ve ortamda bulunan parçacık türlerine bağlı. Ohio State Üniversitesi'nin açıklamasına göre evrendeki helyumun kabaca yüzde 90'ı Büyük Patlama'da, kalan yüzde 10'u ise sonraki 13,5 milyar yılda yıldızların içinde üretildi. Gökbilimcilerin işi tam da bu yüzden zor: Yıldızların sonradan eklediği helyumu ayıklayıp başlangıçtaki oranı bulmaları gerekiyor.

Az evrilmiş 15 cüce galaksi

Ekip, yaygın yöntemden farklı bir yol izledi. Klasik yaklaşımda çok sayıda galaksi gözlenir ve sonuç, yıldızların henüz ağır element üretmediği bir duruma geri doğru uzatılır. LBT Yp ekibi ise ağır element bakımından son derece fakir, küçük galaksilerdeki iyonize hidrojen bulutlarına odaklandı. Minnesota Üniversitesi bu galaksileri, evrenin erken bileşimini koruyan "zaman kapsülleri"ne benzetiyor. Bu tür galaksiler oldukça nadir; Ohio State'in açıklaması örnek olarak küçük Leo P galaksisini anıyor.

Dizinin dördüncü makalesine göre ekip 54 metal fakiri bölgeyi aynı yöntemle gözledi ve inceledi. Olası sistematik hataları ayıklamak için yapılan elemelerden sonra 41 hedef kaldı. Bunların içinden sinyal kalitesi yüksek ve oksijen bolluğu belirli bir eşiğin altında kalan 15 hedefin ağırlıklı ortalaması, ilkel helyumun kütle oranı için 0,2458 ± 0,0013 değerini verdi. Yani Büyük Patlama'dan çıkan sıradan maddenin kütlesinin yaklaşık dörtte biri helyumdu. Yazarlar, bu kadar düşük metal içerikli ve yüksek kaliteli bir örneklem sayesinde ağırlıklı ortalama kullanmanın ilk kez sağlam bir gerekçeye kavuştuğunu belirtiyor.

130 saatlik gözlem, 12 yıllık alet

Minnesota Üniversitesi'ne göre çalışma, LBT'de 130 saatlik gözleme dayanıyor ve sonuç önceki tahminlerden yaklaşık üç kat daha hassas. Ölçümü mümkün kılan, Ohio State Üniversitesi'nde geliştirilen MODS tayfölçerleri; ekip kızılötesi gözlemler için LBT'nin LUCI aletini de kullandı. Ekip, 10'dan fazla helyum ve 15 hidrojen çizgisini aynı anda inceleyerek, önceki çalışmalarda gözden kaçabilen küçük hata kaynaklarını yakalayıp düzeltebildi. Belirsizliği yüzde 1'in altına indirmek için bu küçük etkilerin hesaba katılması gerekiyordu. Ohio State'ten Richard Pogge, MODS'un fikir aşamasından ilk gözlemine kadar 12 yılda yapıldığını ve tam da bu tür bir iş için tasarlandığını anlatıyor.

Minnesota Üniversitesi'nden Evan Skillman ise sonucu 40 yıllık kariyerinin en büyük bulgularından biri olarak niteliyor ve ekibin proje önerisinde yüzde 0,5 belirsizlik sözü verip bu hedefe ulaştığını vurguluyor.

Nötrino türlerinin sayısı

Ölçümün önemi, yalnız Büyük Patlama modelini doğrulamakla sınırlı değil. Erken evrende bilinmeyen ek parçacıklar bulunsaydı genişleme hızlanır ve daha fazla helyum oluşurdu. Bu yüzden helyum oranı, parçacık fiziğinin Standart Modeli'ni sınamak için de kullanılıyor. Dizinin beşinci makalesinde yeni helyum değeri, döteryum ölçümleri ve kozmik mikrodalga arka plan verileriyle birleştirildi. Hafif nötrino türlerinin sayısı 2,925 ± 0,082 çıktı. Bu değer, Standart Model'in öngördüğü üç türle uyumlu.

Ölçülen helyum oranı, Planck uydusunun belirlediği madde yoğunluğundan hesaplanan 0,2467 ± 0,0002 öngörüsüyle de iyi örtüşüyor. Yazarlara göre bu uyum, evrenin yaklaşık birinci saniyesindeki çekirdek sentezi ile yaklaşık 400 bininci yılından kalan mikrodalga ışıması arasındaki bağın standart kozmolojiyle tutarlı olduğunu gösteriyor.

Sırada ne var?

Sonuç ne kadar hassas olsa da 15 hedefe dayanıyor ve elenen hedefler, sistematik hataların hâlâ dikkatle izlenmesi gerektiğini gösteriyor. Ohio State'in açıklamasına göre ekip, yeni metal fakiri galaksiler bulmak için DESI gibi büyük gökyüzü taramalarının arşivlerinden yararlanmayı planlıyor. Pogge, yeni galaksileri keşfedip geliştirdikleri teknikleri onlara uygulamanın uzun yıllar alacağını söylüyor. Daha geniş bir örneklem, Standart Model'in ötesindeki fiziğe dair sınırları daha da daraltabilir.