Neues Messprogramm soll primordiale Heliumhäufigkeit auf 0,5 Prozent genau bestimmen

Das meiste Helium im Universum entstand nicht in Sternen, sondern in den ersten Minuten nach dem Urknall während der primordialen Nukleosynthese1. Seine genaue Häufigkeit hängt von der damaligen Ausdehnungsrate des Universums und der Energiedichte relativistischer Teilchen ab und gilt daher als sensibler Test für das Standardmodell der Teilchenphysik1.

Da dieses frühe Helium nicht direkt beobachtbar ist, untersuchen Astronomen wasserstoffreiche Gaswolken in metallarmen Galaxien, deren chemische Zusammensetzung durch frühere Sterngenerationen kaum verändert wurde1. Aus Wasserstoff- und Heliumlinien in den Spektren lässt sich die heutige Häufigkeit bestimmen und auf den ursprünglichen Wert zurückrechnen1. Systematische Unsicherheiten bei Temperatur, Dichte, Staub und Spektralkalibrierung setzen dabei bisher enge Grenzen1.

Das sogenannte LBT-Yp-Projekt kombiniert optische und nahinfrarote Spektren des Large Binocular Telescope mit einer überarbeiteten Auswertungsmethode und einer gezielt ausgewählten Stichprobe sehr metallarmer Galaxien1. Einzelne Heliumbestimmungen sollen damit auf etwa zwei Prozent Genauigkeit gebracht werden, die primordiale Häufigkeit insgesamt auf rund 0,5 Prozent Unsicherheit1. Die Forschenden schätzen, dass dies die Unsicherheit bei der Zahl der Neutrinofamilien von etwa 0,14 auf rund 0,08 senken würde – ein erheblicher Gewinn für die Grundlagenphysik1.