Кастрюля с кипящим супом, который вдруг начал остывать с бешеной скоростью, — примерно так выглядела Вселенная спустя несколько минут после Большого взрыва. Температура падала, и из протонов с нейтронами начали слипаться первые ядра: водорода, гелия, дейтерия и лития. Этот процесс называют первичным нуклеосинтезом, а его результаты — как кулинарная книга. Зная, сколько какого ингредиента получилось, можно проверить, правильно ли мы понимаем рецепт расширения.
Но что, если в книгу закралась опечатка? Авторы работы протестировали три космологические модели, где энтропия (мера беспорядка) горизонта Вселенной ведёт себя нестандартно. Горизонт — это воображаемая граница, за которую мы не можем заглянуть, потому что свет оттуда до нас ещё не дошёл. В новых моделях его энтропия растёт быстрее или медленнее обычного, а значит, и темп расширения должен меняться. Чтобы проверить, не сломает ли это раннюю Вселенную, учёные рассчитали, как меняется температура замерзания нейтронов — момент, когда реакции с их участием резко замедляются, — и сколько после этого образуется гелия и дейтерия.
Ограничения от гелия и дейтерия вышли довольно мягкими — почти все варианты проходят. А вот температура замерзания нейтронов отсекает самые смелые предположения, оставляя лишь узкий коридор допустимых значений. Литий, как всегда, выбивается: его наблюдаемое количество в старых звёздах меньше расчётного, и эта загадка — «космологическая проблема лития» — не решена до сих пор. Но новые модели её не усугубляют.
Теперь о главном сюрпризе. Параметры, которые нужны этим моделям, чтобы объяснить сегодняшнее ускоренное расширение Вселенной (то, что мы называем тёмной энергией), оказались внутри разрешённой зоны. Иными словами, одна и та же настройка работает и для раскалённого супа первых минут, и для холодного разбегания галактик сегодня. Это как если бы один ключ подошёл и к замку от входной двери, и к сейфу — редкое и ценное совпадение, которое говорит о внутренней согласованности моделей.
Так что кухонные весы первичного нуклеосинтеза подтвердили: рецепт с изменённой энтропией горизонта не портит блюдо. А значит, можно смелее изучать, как эти идеи проявят себя в других космических эпохах.
Дейтерий — это «водород-тяжеловес»: его ядро состоит из протона и нейтрона. Он настолько хрупок, что почти весь сгорает в звёздах, и всё, что мы видим сегодня, — остатки первичного нуклеосинтеза, не тронутые звёздной переработкой.