Estudo com telescópio aperfeiçoa estimativa do hélio formado após o Big Bang

Astrônomos fizeram a estimativa mais precisa até hoje do hélio criado nos primeiros minutos do universo, usando observações de 15 pequenas galáxias cuja composição química mudou pouco ao longo do tempo. O resultado reduz para 0,5% a incerteza em torno da medição, cerca de um terço do nível anterior, segundo uma reportagem da SciTechDaily.

As conclusões da equipe internacional baseiam-se em 130 horas de observações com o Large Binocular Telescope. Os cientistas usaram os dados para estudar o hélio e o hidrogênio em galáxias que preservam um registro relativamente direto das condições do universo jovem. Pesquisadores da University of Minnesota Twin Cities estavam entre os envolvidos.

O trabalho é apresentado em cinco artigos publicados no The Astrophysical Journal. Ele oferece aos físicos um teste mais rigoroso das teorias sobre as origens do universo e sobre as partículas e forças descritas pelo Modelo Padrão.

Em busca de um registro cósmico primordial

O hélio é o segundo elemento químico mais leve e um dos principais produtos esperados dos estágios iniciais do universo. A quantidade presente hoje contém informações sobre o período em que o cosmos tinha apenas alguns minutos de idade, pouco depois de sua expansão ter começado a partir de um estado extremamente quente e denso.

Durante muitos anos, os astrônomos estimaram indiretamente o nível original de hélio. Eles observaram um amplo conjunto de galáxias, compararam seu conteúdo de hélio com outros indicadores de mudança química e projetaram o padrão de volta até um ponto em que poucos elementos mais pesados estavam presentes. Esse processo, conhecido como extrapolação, depende da confiabilidade com que a tendência pode ser estendida para além das observações.

O novo estudo, em vez disso, concentrou-se em algumas das galáxias conhecidas com menor evolução química. Como esses sistemas acumularam menos elementos ao longo de sua história, seu gás está mais próximo da composição deixada pelo universo primordial. Isso permitiu aos pesquisadores depender menos de um ponto de partida calculado e mais de medições feitas em objetos que conservam uma assinatura química comparativamente primitiva.

A abordagem não elimina a necessidade de uma análise cuidadosa. Na precisão buscada pela equipe, até mesmo pequenas influências que sistematicamente afastam um resultado do valor verdadeiro se tornam importantes. Estudos anteriores haviam tratado vários desses efeitos como pequenos demais para afetar a conclusão geral. Quando a incerteza pretendida caiu abaixo de 1%, a equipe precisou modelá-los explicitamente.

Analisando a luz das galáxias

As observações usaram espectrógrafos desenvolvidos na Ohio State University. Esses instrumentos dispersam a luz de cada galáxia em diferentes comprimentos de onda, revelando linhas espectrais associadas a elementos específicos. As linhas fornecem as informações necessárias para determinar as quantidades relativas de hélio e hidrogênio no gás observado.

Em vez de depender de uma única característica, os pesquisadores examinaram simultaneamente mais de 10 linhas do hélio e 15 linhas do hidrogênio. A comparação conjunta das linhas ajudou a identificar e corrigir efeitos sistemáticos que, de outro modo, poderiam distorcer a estimativa da abundância.

Richard Pogge, professor de astronomia da Ohio State, disse que os espectrógrafos MODS levaram 12 anos para ser desenvolvidos antes de chegarem ao telescópio. Segundo ele, seu uso bem-sucedido neste projeto demonstrou o propósito de construir instrumentos capazes de fazer medições fundamentais.

Evan Skillman, professor de física e astronomia da University of Minnesota, disse que a equipe havia estabelecido a meta de alcançar uma incerteza de meio por cento e a atingiu. O resultado representa uma melhora substancial na precisão, e não simplesmente a adição de mais uma estimativa a um intervalo já existente.

Um teste da história cósmica e da física de partículas

A abundância dos elementos leves é um dos três principais tipos de evidência da explicação da história cósmica baseada no Big Bang. Os outros dois destacados no relatório são a expansão contínua do universo e a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, a radiação remanescente de seu período inicial. O hélio foi estudado menos extensivamente do que esses outros dois sinais, o que torna uma medição mais precisa de sua abundância especialmente útil.

O hélio também pode ser comparado com as previsões do Modelo Padrão, a estrutura usada pelos físicos para descrever as partículas elementares e suas interações. Uma divergência entre a abundância medida e o valor esperado poderia apontar para ingredientes ausentes nessa estrutura, enquanto uma concordância imporia limites mais rigorosos às possíveis alternativas.

A equipe usou seu resultado sobre o hélio para calcular quantas famílias de neutrinos estavam presentes no universo primordial. Os neutrinos são partículas subatômicas extremamente leves, e sua população inicial afeta as condições sob as quais os primeiros elementos leves se formaram. Esse cálculo conecta observações de galáxias próximas ao conteúdo de partículas do cosmos quando ele tinha apenas alguns minutos de idade.

O artigo sobre a metodologia do projeto foi publicado em 9 de setembro de 2026. Entre seus autores estão cientistas da University of Minnesota, da Ohio State University e de outras instituições. Ao combinar galáxias excepcionalmente primitivas, longas observações telescópicas e um tratamento detalhado de múltiplas linhas espectrais, o estudo transforma a medição de um elemento em uma sonda mais precisa tanto da origem do universo quanto da física que o governa.