Un estudio telescópico afina la estimación del helio formado tras el Big Bang

Los astrónomos han realizado hasta la fecha la estimación más precisa del helio creado en los primeros minutos del universo, utilizando observaciones de 15 galaxias pequeñas cuya composición química ha cambiado poco con el tiempo. El resultado reduce la incertidumbre en torno a la medición al 0,5 %, aproximadamente un tercio del nivel anterior, según informa SciTechDaily.

Los hallazgos del equipo internacional se basan en 130 horas de observaciones con el Large Binocular Telescope. Los científicos utilizaron los datos para estudiar el helio y el hidrógeno en galaxias que conservan un registro relativamente directo de las condiciones del universo joven. Entre los participantes se encontraban investigadores de la University of Minnesota Twin Cities.

El trabajo aparece en cinco artículos publicados en The Astrophysical Journal. Proporciona a los físicos una prueba más exigente de las teorías sobre los orígenes del universo y sobre las partículas y fuerzas descritas por el Modelo Estándar.

En busca de un registro cósmico temprano

El helio es el segundo elemento químico más ligero y uno de los principales productos que se espera que surgieran en las primeras etapas del universo. La cantidad presente hoy contiene información sobre el periodo en que el cosmos tenía apenas unos minutos de edad, poco después de que comenzara su expansión desde un estado extremadamente caliente y denso.

Durante muchos años, los astrónomos han estimado indirectamente el nivel original de helio. Observaban un amplio conjunto de galaxias, comparaban su contenido de helio con otros indicadores de cambio químico y proyectaban el patrón hacia un punto en el que hubiera pocos elementos pesados. Ese proceso, conocido como extrapolación, depende de la fiabilidad con la que pueda extenderse la tendencia más allá de las observaciones.

El nuevo estudio se centró, en cambio, en algunas de las galaxias conocidas con menor evolución química. Como estos sistemas han acumulado menos elementos a lo largo de su historia, su gas está más cerca de la composición que dejó el universo primitivo. Esto permitió a los investigadores depender menos de un punto de partida calculado y más de las mediciones de objetos que conservan una firma química relativamente primitiva.

El método no elimina la necesidad de realizar un análisis minucioso. Con la precisión que buscaba el equipo, incluso las pequeñas influencias que desvían sistemáticamente un resultado de su valor real adquieren importancia. Estudios anteriores habían considerado que varios de estos efectos eran demasiado pequeños como para afectar a la conclusión general. Una vez que la incertidumbre objetivo cayó por debajo del 1 %, el equipo tuvo que modelarlos de forma explícita.

La lectura de la luz de las galaxias

Las observaciones utilizaron espectrógrafos desarrollados en Ohio State University. Estos instrumentos dispersan la luz de cada galaxia en longitudes de onda, dejando al descubierto líneas espectrales asociadas con elementos concretos. Las líneas proporcionan la información necesaria para determinar las cantidades relativas de helio e hidrógeno en el gas observado.

En lugar de basarse en una sola característica, los investigadores examinaron simultáneamente más de 10 líneas del helio y 15 del hidrógeno. Comparar las líneas entre sí les ayudó a identificar y corregir efectos sistemáticos que, de otro modo, podrían distorsionar la estimación de la abundancia.

Richard Pogge, profesor de astronomía en Ohio State, afirmó que los espectrógrafos MODS tardaron 12 años en desarrollarse antes de llegar al telescopio. Su uso con éxito en este proyecto, señaló, demostró el propósito de construir instrumentos capaces de realizar mediciones fundamentales.

Evan Skillman, profesor de física y astronomía en la University of Minnesota, afirmó que el equipo se había fijado el objetivo de alcanzar una incertidumbre del 0,5 % y lo había conseguido. El resultado representa una mejora sustancial de la precisión, no simplemente otra estimación que añadir a un rango ya existente.

Una prueba de la historia cósmica y la física de partículas

La abundancia de elementos ligeros es uno de los tres grandes tipos de pruebas de la explicación de la historia cósmica basada en el Big Bang. Los otros dos que destaca el informe son la expansión continua del universo y el fondo cósmico de microondas, la radiación remanente de su periodo temprano. El helio se ha estudiado menos exhaustivamente que esas otras dos señales, por lo que una medición más precisa de su abundancia resulta especialmente útil.

El helio también puede compararse con las predicciones del Modelo Estándar, el marco que utilizan los físicos para describir las partículas elementales y sus interacciones. Una discrepancia entre la abundancia medida y el valor esperado podría apuntar a ingredientes que faltan en ese marco, mientras que la concordancia impondría límites más estrictos a posibles alternativas.

El equipo utilizó su resultado sobre el helio para calcular cuántas familias de neutrinos estaban presentes en el universo primitivo. Los neutrinos son partículas subatómicas extremadamente ligeras, y su población temprana influye en las condiciones en las que se formaron los primeros elementos ligeros. Ese cálculo conecta las observaciones de galaxias cercanas con el contenido de partículas del cosmos cuando apenas tenía unos minutos de edad.

El artículo metodológico del proyecto se publicó el 9 de septiembre de 2026. Entre sus autores figuran científicos de la University of Minnesota, Ohio State University y otras instituciones. Al combinar galaxias inusualmente primitivas, largas observaciones telescópicas y un tratamiento detallado de múltiples líneas espectrales, el estudio convierte la medición de un elemento en una herramienta más precisa para investigar tanto el origen del universo como la física que lo gobierna.