Un team internazionale di ricercatori ha appena raggiunto un traguardo storico nel campo della cosmologia di precisione misurando l’esatta quantità di elio creatasi nei 5 minuti iniziali di vita dell’universo. Attraverso una complessa serie di ben 5 articoli scientifici pubblicati sulla celebre rivista The Astrophysical Journal, gli scienziati hanno spiegato nel dettaglio come sono riusciti a sfruttare 130 ore di osservazione continua attraverso il potente strumento Large Binocular Telescope. Questo enorme sforzo tecnologico e intellettuale ha permesso di ridurre l’incertezza di questo fondamentale valore cosmico a un minuscolo 0,5%, un risultato eccezionale che si dimostra ben 3 volte migliore rispetto agli standard precedenti. L’innovativo studio fornisce indizi preziosissimi sull’inizio dei tempi e aiuta enormemente i fisici di tutto il mondo a comprendere le leggi fondamentali che governano la materia, seguendo la lunga tradizione di verifica scientifica che porta a scoperte rivoluzionarie.
L’importanza dell’elio primordiale e le galassie incontaminate
La teoria del Big Bang mostra come l’espansione del cosmo sia iniziata da uno stato di densità e temperatura estreme circa 13,8 miliardi di anni fa. Questa complessa teoria si fonda tradizionalmente su 3 pilastri principali: l’espansione stessa dello Spazio profondo, la radiazione cosmica di fondo e l’abbondanza di elementi leggeri cosmici come l’elio e il deuterio. Fino ad oggi, l’elio non era stato studiato e misurato in modo altrettanto estensivo rispetto agli altri 2 pilastri. Per superare questo limite e raggiungere un simile livello di precisione, gli studiosi hanno abbandonato i classici metodi di estrapolazione, che richiedono la misurazione di molte galassie per stimare il livello iniziale. Si sono concentrati invece esclusivamente su 15 galassie remote, scelte tra le più piccole e incontaminate mai scoperte. Queste formazioni sono così chimicamente non evolute da agire come vere e proprie capsule del tempo, conservate quasi esattamente come apparivano subito dopo il Big Bang.
L’analisi dei dati
Utilizzando spettrografi avanzati costruiti presso la Ohio State University, gli studiosi hanno analizzato simultaneamente più di 10 linee dell’elio e 15 linee dell’idrogeno. Questo approccio meticoloso ha permesso loro di tenere conto di piccoli effetti sistematici che in precedenza venivano ritenuti trascurabili, diventando però critici quando si punta a un’accuratezza inferiore all’1%. “È un esperimento di fisica su larga scala e una delle scoperte più grandi in tutta la mia carriera di 40 anni“, ha dichiarato Evan Skillman, Distinguished Professor del College of Science and Engineering della University of Minnesota nella School of Physics and Astronomy. “È un numero fondamentale che ci parla in modo specifico delle condizioni del nostro universo nei suoi primi 5 minuti. Ha un potere diagnostico che parla direttamente al Modello Standard della fisica“.
La conferma del Modello Standard e il lavoro di squadra
Il successo della missione scientifica premia anche l’immenso sforzo ingegneristico dietro gli strumenti utilizzati per l’osservazione. “Ci sono voluti 12 anni per costruire gli spettrografi MODS, dalla concezione alla prima luce nel cielo“, ha detto Richard Pogge, Distinguished Professor di astronomia del College of Arts and Sciences presso la Ohio State University. “Questo è il tipo di progetto per cui li abbiamo progettati, e vederli dare risultati è enormemente soddisfacente. Non capita tutti i giorni di poter aiutare a costruire strumenti che misurano qualcosa di fondamentale riguardo al nostro universo“.
La misurazione precisa affina ulteriormente il Modello Standard, permettendo al team di calcolare con esattezza il numero di famiglie di neutrini presenti nell’universo primordiale. “Nella nostra proposta avevamo promesso un’incertezza dello 0,5% e ci siamo arrivati“, ha aggiunto Skillman. “Nel mondo imprevedibile della scienza, questo non accade molto spesso“. Alla realizzazione di questo traguardo senza precedenti ha lavorato una vasta rete di istituzioni, tra cui Gonzaga University, Northwestern University, University of Texas, Indiana University, University of California, University of Illinois, Universidad Nacional Autónoma de México e TRIUMF.