Riassunto:
L'intersezione tra astronomia e fisica delle particelle ha recentemente raggiunto risultati importanti. Un gruppo di ricerca internazionale composto da astrofisici ha ottenuto gli ultimi dati di misurazione dell’abbondanza di elio primordiale (elio-4) nell’universo primordiale attraverso osservazioni spettroscopiche ad alta precisione di galassie nane a bassissima metallicità.
Questi dati, accurati fino alla terza cifra decimale, non solo forniscono vincoli osservativi più rigorosi per comprendere il processo di nucleosintesi nei primi cinque minuti dopo il Big Bang, ma forniscono anche una verifica estremamente critica del tradizionale modello cosmologico standard e dell'ipotesi della fisica delle particelle elementari.
Secondo la teoria standard della nucleosintesi del Big Bang (BBN), entro i primi tre-cinque minuti dopo la nascita dell'universo, quando la temperatura e la densità diminuirono a causa della violenta espansione, protoni e neutroni si combinarono per formare i primi elementi leggeri nell'universo, la maggior parte dei quali erano idrogeno ed elio-4, con quantità molto piccole di deuterio e litio. Poiché le stelle continueranno a produrre ulteriore elio attraverso la fusione nucleare durante i successivi miliardi di anni di evoluzione, per esplorare inizialmente la vera composizione chimica dell’universo, gli astronomi devono cercare nubi di gas primordiali e galassie nane povere di metalli che siano quasi incontaminate dall’evoluzione delle stelle successive per l’analisi spettrale.
Utilizzando un grande telescopio ottico alle Hawaii e uno spettrometro Echelle avanzato ad alta risoluzione, il gruppo di ricerca ha condotto esposizioni e osservazioni profonde e a lungo termine di diverse galassie nane estremamente povere di metalli a centinaia di milioni di anni luce di distanza dalla Terra. Calcolando accuratamente l’intensità della radiazione fluorescente emessa dall’elio ionizzato e dall’idrogeno gassoso nella galassia e deducendo rigorosamente errori sistematici come l’estinzione della polvere interstellare e l’interferenza del vento stellare, i ricercatori sono riusciti a bloccare con precisione la frazione di massa dell’elemento elio originale entro un intervallo ristretto senza precedenti.
Questa misurazione ad alta precisione dell'abbondanza di elio grezzo è in buon accordo con i valori standard previsti dalle osservazioni del fondo cosmico a microonde (CMB) da parte del satellite Planck dell'Agenzia spaziale europea. Questo elevato grado di coerenza tra dati osservativi che abbracciano diverse ere evolutive e si basano su meccanismi fisici completamente diversi conferma ancora una volta fortemente la correttezza del Modello Standard del Big Bang e dimostra che l'attuale comprensione da parte dell'umanità delle condizioni fisiche estreme dell'universo primordiale è nel complesso accurata.
Tuttavia, i ricercatori hanno anche sottolineato che deviazioni di misurazione estremamente piccole lasciano ancora spazio per potenziali esplorazioni di nuova fisica. Sostituendo questa misurazione precisa nelle equazioni termodinamiche dell’universo primordiale, il gruppo di ricerca è stato in grado di stabilire limiti superiori più rigorosi sul numero di specie di neutrini nell’universo primordiale, sull’asimmetria dei neutrini e sulla presenza di particelle nascoste leggere sconosciute come neutrini sterili o radiazione oscura. Gli esperti del settore hanno commentato che con la prossima generazione di telescopi ottici giganti da 30 metri che verranno utilizzati in futuro, la precisione della misurazione delle abbondanze degli elementi originali sarà ulteriormente migliorata e si prevede che diventeranno un fulcro chiave per gli esseri umani per sfruttare nuove leggi fisiche oltre il modello standard.
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