Het LBT Yₚ Project schat de primordiale heliummassafractie op Yₚ = 0,2458 ± 0,0013. De waarde is afgeleid uit spectra van 15 doelen met lage metalliciteit en heeft volgens de onderzoekers een relatieve precisie van 0,5%. Het project nam geen heliumvorming in de eerste minuten van het heelal rechtstreeks waar: het leidde de vroege hoeveelheid helium af uit licht van gasgebieden die nu bestaan. (The Astrophysical Journal)
Wat zeggen de waarde en de onzekerheid?
Yₚ is de fractie van de massa die in het vroege heelal uit helium-4 bestond. Een waarde van 0,2458 komt neer op ongeveer 24,58% van de massa. De onzekerheid ±0,0013 hoort bij die massafractie; de genoemde 0,5% is de relatieve precisie, dus uitgedrukt ten opzichte van de geschatte waarde.
Hoe selecteerde het project de doelen?
Het LBT Yₚ Project begon met 54 doelen uit H-II-gebieden, gebieden met geïoniseerd waterstofgas. Van die doelen voldeden er 47 aan het gebruikte χ²-criterium op 95%-betrouwbaarheidsniveau. Na een aanvullende screening op betrouwbaarheid bleef een voorkeursdataset van 41 doelen over.
Voor de berekening van de primordiale waarde gebruikten de onderzoekers een gewogen gemiddelde van 15 doelen met hoge signaal-ruisverhouding en een zuurstof-waterstofverhouding O/H ≤ 4 × 10⁻⁵. Die selectie beperkt de rol van een extrapolatie naar nul metalliciteit, omdat deze doelen al weinig zuurstof bevatten.
Hoe leiden spectra tot een schatting van primordiaal helium?
De onderzoekers modelleerden verhoudingen tussen emissielijnen van helium en waterstof. Emissielijnen zijn specifieke golflengten licht die gas uitzendt; hun verhoudingen helpen de samenstelling en fysische omstandigheden van het gas te bepalen. Met een Markov Chain Monte Carlo-analyse, een statistische methode om mogelijke waarden systematisch door te rekenen, schatten ze de heliumhoeveelheid en de omstandigheden in het gas tegelijk.
Het model gebruikte per doel maximaal acht heliumlijnverhoudingen en vijftien waterstoflijnverhoudingen. De heliumlijnen He I λ5016 en λ7281 lieten fluxen zien die systematisch afweken van het model en zijn daarom buiten de analyse gehouden. De uiteindelijke Yₚ is dus een afleiding uit gemodelleerde spectra van H-II-gebieden, geen directe meting uit het vroege heelal.
Hoe verhoudt de uitkomst zich tot de standaard-BBN-voorspelling?
Bigbangnucleosynthese, afgekort BBN, beschrijft hoe in de eerste minuten na de oerknal lichte atoomkernen ontstonden. De standaard-BBN-voorspelling voor de heliummassafractie is Yₚ = 0,2467 ± 0,0002, gebaseerd op de baryondichtheid die met Planck is bepaald. Het LBT-resultaat ligt volgens de onderzoekers goed in lijn met die voorspelling.
| Grootheid | Yₚ | Betekenis |
| Afgeleide waarde van het LBT Yₚ Project | 0,2458 ± 0,0013 | Gewogen gemiddelde van 15 doelen met lage metalliciteit |
| Standaard-BBN-voorspelling | 0,2467 ± 0,0002 | Voorspelling op basis van de Planck-baryondichtheid |
De hoeveelheid primordiaal helium helpt kosmologen de omstandigheden van het vroege heelal te toetsen. BBN-voorspellingen hangen onder meer af van de baryondichtheid, de levensduur van neutronen en het aantal relativistische deeltjes; de vergelijking kan ook beperkingen opleveren voor het effectieve aantal neutrinospecies. (The Astrophysical Journal)
De Engelstalige lezing van Paul Francis geeft algemene uitleg over primordiale nucleosynthese en de deuteriumbottleneck, de fase waarin energierijke fotonen nieuw gevormd deuterium weer afbraken. De lezing behandelt het LBT-resultaat uit 2026 niet.
