Uma equipa internacional, que inclui investigadores da Universidade do Minnesota, Twin Cities, EUA, alcançou um marco importante na "cosmologia de precisão" ao medir a quantidade de hélio criada nos primeiros cinco minutos do Universo com um rigor sem precedentes.

A série de cinco artigos científicos publicados na revista The Astrophysical Journal detalha como a equipa conseguiu tirar partido de 130 horas de observação no LBT (Large Binocular Telescope) para reduzir a incerteza deste valor cósmico fundamental até apenas 0,5% - um resultado três vezes melhor do que os padrões anteriores.

As conclusões do estudo fornecem novas pistas sobre o início do Universo e ajudam os investigadores a melhor compreender os fundamentos da física. Esta experiência segue a tradição de testar o Modelo Padrão da física, o que, historicamente, tem levado a avanços tecnológicos.

"Trata-se de uma experiência de física em grande escala e uma das maiores descobertas em toda a minha carreira de 40 anos", afirmou Evan Skillman, professor na Escola de Física e Astronomia da Universidade do Minnesota. "É um número fundamental que nos diz especificamente quais eram as condições do nosso Universo nos seus primeiros cinco minutos. Tem um poder de diagnóstico que se relaciona diretamente com o Modelo Padrão da Física".

A teoria do Big Bang explica como o Universo se expandiu a partir de um estado de densidade e temperatura extremamente elevadas, há aproximadamente 13,8 mil milhões de anos. A teoria assenta em três pilares: a expansão do Universo, o fundo cósmico de micro-ondas e a abundância de elementos leves, como o hélio e o deutério. O último pilar - o hélio - ainda não foi estudado e medido de forma tão exaustiva como os dois pilares anteriores.

Para atingir este nível de precisão, a equipa afastou-se dos métodos tradicionais de extrapolação - que consistem em estimar um valor desconhecido através do prolongamento de uma linha de tendência de dados conhecidos -, o que requer a medição de muitas galáxias e a estimativa do nível inicial de hélio. Em vez disso, concentraram-se em 15 das galáxias mais pequenas, remotas e "pristinas" alguma vez descobertas. Estas galáxias são quimicamente pouco evoluídas, pelo que funcionam como "cápsulas do tempo", preservadas quase exatamente como eram pouco depois do Big Bang.

Utilizando espetrógrafos avançados construídos na Universidade do Estado do Ohio, os investigadores analisaram simultaneamente mais de 10 linhas de hélio e 15 linhas de hidrogénio. Isto permitiu-lhes ter em conta pequenos efeitos sistemáticos que anteriormente eram considerados insignificantes, mas que se tornam críticos quando se procura uma precisão inferior a um por cento.

"Os espetrógrafos MODS demoraram 12 anos a ser construídos, desde a conceção até à primeira observação do céu", afirmou Richard Pogge, professor de astronomia na Universidade do Estado do Ohio. "Este é o tipo de projeto para o qual os concebemos, e vê-los a cumprir a sua missão é extremamente gratificante. Não é todos os dias que se pode ajudar a construir instrumentos que medem algo tão fundamental sobre o nosso Universo".

A medição precisa não só confirma a história, como também proporciona uma visão precisa do Modelo Padrão da Física. Ao determinar a quantidade exata de hélio, a equipa conseguiu calcular o número de famílias de neutrinos - as partículas subatómicas mais leves - presentes no Universo primitivo.

"Prometemos uma incerteza de meio por cento na nossa proposta e conseguimos atingir esse objetivo", acrescentou Skillman. "No mundo imprevisível da ciência, isso não acontece com muita frequência".

// Universidade do Minnesota, Twin Cities (comunicado de imprensa)
// Universidade do Estado do Ohio (comunicado de imprensa)
// LBTO (comunicado de imprensa)
// Coleção de artigos científicos (The Astrophysical Journal)

Quer saber mais?

Universo:
Wikipedia
A expansão acelerada do Universo (Wikipedia)
Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)
Big Bang (Wikipedia)
Cronologia do Universo (Wikipedia)
Fundo cósmico de micro-ondas (Wikipedia)
Modelo Lambda-CDM (Wikipedia)
Indicadores de distâncias cósmicas (Wikipedia)
“Escada” de distâncias cósmicas (Wikipedia)

LBT (Large Binocular Telescope):
LBTO
Wikipedia