Resumen:
La intersección de la astronomía y la física de partículas ha logrado recientemente resultados importantes. Un equipo de investigación internacional compuesto por astrofísicos ha obtenido los últimos datos de medición de la abundancia de helio primordial (Helio-4) en el universo temprano a través de observaciones espectroscópicas de alta precisión de galaxias enanas de metalicidad extremadamente baja.
Estos datos, que tienen una precisión del tercer decimal, no solo proporcionan restricciones de observación más estrictas para comprender el proceso de nucleosíntesis en los primeros cinco minutos después del Big Bang, sino que también proporcionan una verificación extremadamente crítica del modelo cosmológico estándar tradicional y la hipótesis de la física de partículas elementales.
Según la teoría estándar de la nucleosíntesis del Big Bang (BBN), dentro de los primeros tres a cinco minutos después del nacimiento del universo, a medida que la temperatura y la densidad disminuyeron debido a la expansión violenta, los protones y neutrones se combinaron para formar los primeros elementos ligeros del universo, la mayoría de los cuales eran hidrógeno y helio-4, con cantidades muy pequeñas de deuterio y litio. Dado que las estrellas seguirán produciendo helio adicional a través de la fusión nuclear durante los siguientes miles de millones de años de evolución, para explorar la verdadera composición química del universo al principio, los astrónomos deben buscar nubes de gas primordiales y galaxias enanas pobres en metales que estén casi no contaminadas por la evolución de estrellas posteriores para el análisis espectral.
Utilizando un gran telescopio óptico en Hawái y un espectrómetro Echelle avanzado de alta resolución, el equipo de investigación realizó exposiciones y observaciones profundas a largo plazo de varias galaxias enanas extremadamente pobres en metales a cientos de millones de años luz de la Tierra. Al calcular con precisión la intensidad de la radiación fluorescente emitida por el helio ionizado y el gas hidrógeno en la galaxia, y deducir estrictamente errores sistemáticos como la extinción del polvo interestelar y la interferencia del viento estelar, los investigadores lograron bloquear con precisión la fracción de masa del elemento de helio original dentro de un rango estrecho sin precedentes.
Esta medición de alta precisión de la abundancia de helio bruto concuerda con los valores estándar predichos a partir de las observaciones del fondo cósmico de microondas (CMB) realizadas por el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea. Este alto grado de coherencia entre los datos de observación que abarcan diferentes eras evolutivas y se basan en mecanismos físicos completamente diferentes confirma una vez más la exactitud del modelo estándar del Big Bang y demuestra que la comprensión actual de la humanidad sobre las condiciones físicas extremas del universo primitivo es precisa en su conjunto.
Sin embargo, los investigadores también señalaron que las desviaciones de medición extremadamente pequeñas todavía dejan espacio para la exploración potencial de nueva física. Al sustituir esta medida precisa en las ecuaciones termodinámicas del universo primitivo, el equipo de investigación pudo establecer límites superiores más estrictos en el número de especies de neutrinos en el universo primitivo, la asimetría de neutrinos y la presencia de partículas ocultas ligeras desconocidas, como los neutrinos estériles o la radiación oscura. Los expertos de la industria comentaron que con la próxima generación de telescopios ópticos gigantes de 30 metros que se pongan en uso en el futuro, la precisión de la medición de la abundancia de elementos originales mejorará aún más y se espera que se convierta en un punto de apoyo clave para que los humanos aprovechen nuevas leyes físicas más allá del modelo estándar.
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