Cercetătorii măsoară heliul primordial cu o precizie record de 0,5%
O echipă internațională de cercetători, inclusiv specialiști de la Universitatea din Minnesota Twin Cities, a reușit o performanță majoră în domeniul „cosmologiei de precizie”, măsurând cantitatea de heliu creată în primele cinci minute ale universului cu o acuratețe fără precedent. Rezultatele, publicate într-o serie de cinci articole în revista The Astrophysical Journal, reduc incertitudinea acestei valori cosmice fundamentale la doar 0,5%, de trei ori mai bine decât standardele anterioare.
Pentru a atinge acest nivel de precizie, echipa a folosit 130 de ore de observație la Large Binocular Telescope și s-a îndepărtat de metodele tradiționale de extrapolare, care presupun măsurarea multor galaxii și estimarea nivelului inițial de heliu. În schimb, cercetătorii s-au concentrat asupra a 15 dintre cele mai „pristine” galaxii mici și îndepărtate descoperite vreodată. Aceste galaxii sunt atât de puțin evoluate din punct de vedere chimic încât funcționează ca niște „capsule ale timpului”, păstrate aproape exact așa cum erau la scurt timp după Big Bang.
Cu ajutorul unor spectrografe avansate construite la Universitatea de Stat din Ohio, cercetătorii au analizat simultan peste 10 linii de heliu și 15 linii de hidrogen, ceea ce le-a permis să ia în calcul efecte sistematice mici, considerate anterior neglijabile, dar devenite critice atunci când se urmărește o precizie sub un procent.
„Este un experiment de fizică la scară grandioasă și una dintre cele mai importante descoperiri din întreaga mea carieră de 40 de ani”, a declarat Evan Skillman, profesordistins la Școala de Fizică și Astronomie din cadrul Universității din Minnesota. „Este un număr fundamental care ne spune în mod specific despre condițiile universului nostru în primele sale cinci minute. Are o putere diagnostică ce vorbește direct despre Modelul Standard al Fizicii.”
Teoria Big Bang-ului descrie modul în care universul s-a extins dintr-o stare de densitate și temperatură extrem de ridicate, acum aproximativ 13,8 miliarde de ani. Teoria se sprijină pe trei piloni: expansiunea universului, radiația cosmică de fond și abundența elementelor ușoare precum heliul și deuteriul. Ultimul pilon — heliul — nu a fost studiat și măsurat la fel de extensiv ca primii doi.
Măsurarea precisă nu doar confirmă istoria universului, ci oferă și o perspectivă exactă asupra Modelului Standard al Fizicii. Determinând cantitatea exactă de heliu, echipa a putut calcula numărul de familii de neutrini — cele mai ușoare particule subatomice — prezente în universul timpuriu.
„Am promis o incertitudine de jumătate de procent în propunerea noastră și am ajuns acolo”, a adăugat Skillman. „În lumea imprevizibilă a științei, acest lucru nu se întâmplă foarte des.”
Richard Pogge, profesor distins de astronomie la Universitatea de Stat din Ohio, a subliniat efortul depus în construirea instrumentelor: „Spectrografele MODS au necesitat 12 ani de la concepție până la prima lumină pe cer. Acesta este genul de proiect pentru care le-am proiectat, iar faptul că își ating obiectivele este extrem de satisfăcător. Nu în fiecare zi poți contribui la construirea unor instrumente care măsoară ceva fundamental despre universul nostru.”
Pe lângă Universitatea din Minnesota Twin Cities și Universitatea de Stat din Ohio, echipa a inclus cercetători de la Gonzaga University, Northwestern University, The University of Texas at Austin, Indiana University, University of California Santa Cruz, University of Illinois, Universidad Nacional Autónoma de México și TRIUMF.
