Reconstruir lo que ocurrió durante los primeros minutos del Universo es uno de los mayores desafíos de la cosmología. Aunque el Big Bang constituye el modelo más aceptado para explicar su evolución temprana, los científicos todavía buscan mediciones capaces de comprobar sus predicciones con mayor exactitud.
Ahora, investigadores de la Universidad de Minnesota han conseguido un avance significativo: determinar la abundancia primordial de helio con una incertidumbre de apenas un 0,5%, una precisión que permite examinar con mayor detalle las condiciones del Universo durante sus primeros cinco minutos.
El helio conserva las huellas del nacimiento del Universo
Para investigar los orígenes del cosmos, los astrónomos utilizan distintas evidencias, como la radiación cósmica de fondo, la expansión del Universo y la abundancia de elementos químicos primordiales.
Entre estos últimos, el helio ocupa un lugar fundamental. Según la teoría de la nucleosíntesis primordial, aproximadamente una cuarta parte de la materia ordinaria del Universo temprano quedó constituida por helio.
El problema era comprobar esa proporción con suficiente precisión. Las estrellas producen helio y otros elementos a lo largo de su existencia, modificando las cantidades originales y dificultando su reconstrucción.
Quince galaxias permitieron alcanzar una precisión histórica
Para superar esta dificultad, los investigadores seleccionaron 15 galaxias pequeñas con una metalicidad extremadamente baja, es decir, con cantidades reducidas de elementos químicos más pesados que el helio.
Estas galaxias funcionan como auténticas cápsulas del tiempo, porque su composición química conserva información especialmente valiosa sobre las primeras etapas del cosmos.
El equipo utilizó los espectrógrafos MODS, instrumentos capaces de descomponer la luz procedente de las galaxias y estudiar las señales características de sus elementos químicos.
Gracias a esta tecnología, analizaron diez líneas espectrales del helio y quince del hidrógeno, lo que permitió corregir pequeñas desviaciones y reducir considerablemente la incertidumbre de las mediciones.
Qué ocurrió durante los primeros cinco minutos después del Big Bang
Durante los primeros instantes posteriores al Big Bang, el Universo era extremadamente caliente y denso. A medida que comenzó a enfriarse, los quarks pudieron formar protones y neutrones.
Posteriormente, estas partículas comenzaron a combinarse para producir núcleos de elementos ligeros. Sin embargo, inicialmente las temperaturas eran tan elevadas que los núcleos de deuterio, un isótopo del hidrógeno, se destruían rápidamente.
Cuando el Universo se enfrió lo suficiente, el deuterio pudo sobrevivir y participar en reacciones que produjeron helio. Este proceso ocurrió principalmente durante los primeros tres a cinco minutos.
Los nuevos resultados respaldan que aproximadamente el 25% de la masa de la materia ordinaria primordial correspondía al helio, tal como anticipaban los modelos teóricos.
Un descubrimiento que refuerza nuestra comprensión del cosmos
La importancia del hallazgo no consiste en haber observado directamente el Big Bang, sino en haber encontrado evidencias químicas extraordinariamente precisas de sus consecuencias. Evan Skillman, uno de los investigadores, considera este resultado uno de los descubrimientos más importantes de sus cuatro décadas de trayectoria científica.
La coincidencia entre las observaciones y las predicciones de la nucleosíntesis primordial representa una nueva prueba a favor del modelo cosmológico del Big Bang y de la física que describe las partículas del Universo temprano.
Aunque todavía existen interrogantes sobre el origen y la evolución del cosmos, el helio acaba de proporcionar una de las ventanas más precisas hacia sus primeros minutos.
