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Ricostruire con precisione cosa sia successo nei primi minuti dell’Universo è uno degli obiettivi più ambiziosi dell’astronomia moderna. Un gruppo di ricercatori dell’Università del Minnesota è riuscito a tracciarne il quadro più dettagliato mai ottenuto finora, con un margine di incertezza di appena lo 0,5%. Si tratta di un traguardo importante, anche se, come spesso accade quando si parla di cosmo, va accolto con una certa prudenza.
Il Big Bang viene considerato da tempo una delle idee più solide della scienza per spiegare l’origine di tutto. Nemmeno tra gli astronomi però c’è pieno accordo. Molti esperti lo ritengono la teoria capace di risolvere in un colpo solo il maggior numero di problemi cosmologici, mentre altri vedono ancora troppi tasselli che non combaciano. Per capire davvero come siano andate le cose servirebbe viaggiare fino agli albori dell’Universo e osservare tutto da vicino, cosa ovviamente impossibile. Finora i calcoli disponibili avevano margini di incertezza tali da suggerire grande cautela.
Tre indizi sulla nascita dell’Universo e la scelta delle galassie
Per studiare quei momenti iniziali gli scienziati si affidano a tre fenomeni: la radiazione cosmica di fondo a microonde, l’espansione dell’Universo e l’elio primordiale. I primi due sono stati analizzati a fondo nel corso degli anni. Il terzo invece, pur essendo stato calcolato, ha ricevuto meno attenzione, e chi aveva provato a misurarlo si era ritrovato con valori troppo incerti. Il team del Minnesota ha trovato un modo decisamente più preciso per farlo.
Di solito la quantità di elio primordiale si stima esaminando un gran numero di galassie a bassa metallicità per poi estendere i dati a ciò che accadrebbe in galassie con metallicità pari a zero. In astronomia vengono chiamati metalli tutti gli elementi diversi da idrogeno ed elio, quindi più una galassia è primitiva, meno metalli contiene. Il guaio è che quella estrapolazione è complicata e genera parecchia incertezza. Per questo i ricercatori hanno puntato su poche galassie, piccole e con una metallicità bassissima, così da poterle trattare come vere e proprie capsule del tempo.
Gli spettrografi MODS e quel 25% di elio
Ne sono state scelte 15, ma c’era un ostacolo. Essendo così minuscole, non potevano essere studiate in dettaglio con i telescopi disponibili. La soluzione è arrivata dagli spettrografi MODS, sviluppati presso l’Università Statale dell’Ohio. Secondo gli autori dello studio, lo strumento era stato progettato proprio per un compito del genere e si è rivelato ideale per ridurre l’incertezza sui primi minuti dell’Universo. Grazie a esso sono state individuate 10 linee spettrali legate all’elio e 15 legate all’idrogeno. Erano già note, ma non era mai stato possibile analizzarle a fondo con il metodo basato sulle galassie più grandi. Così sono stati corretti piccoli errori e si è arrivati a quel margine dello 0,5%.
Le teorie sul Big Bang descrivono una sequenza precisa. Con le temperature altissime registrate subito dopo si formano prima i quark e poi protoni e neutroni. Dalla loro fusione nasce il deuterio, che scontrandosi con altri protoni, neutroni o deuterio si trasforma in elio. All’inizio però il calore era così estremo che l’energia in eccesso distruggeva il deuterio. Quando la temperatura è scesa un po’ la produzione ha potuto partire, finché l’ambiente non è diventato troppo freddo per far proseguire la reazione. L’intero processo, a seconda delle fonti, dura tra i 3 e i 5 minuti.
Col passare del tempo la nascita delle stelle avrebbe modificato i livelli di elio, ma in quegli istanti iniziali la sua presenza era una diretta conseguenza del Big Bang. Il nuovo studio rafforza questa ipotesi, perché ha rilevato che il 25% della massa in quei primi minuti era costituito da elio. È esattamente il valore previsto dai calcoli, e ora è anche quello osservato dagli spettrografi.
Evan Skillman, tra gli autori della ricerca, ha definito questa scoperta probabilmente una delle più importanti dei suoi 40 anni di carriera. Misurare con un’incertezza così ridotta quanto accaduto nei primi cinque minuti dell’Universo offre infatti un sostegno concreto al Modello Standard della Fisica, e le osservazioni danno ragione a chi aveva formulato quelle previsioni basandosi soltanto sui calcoli.
Fonte: TecnoAndroid