El helio primordial, el que se formó en los primeros minutos después del Big Bang, suponía el 24,58 % de la masa de la materia ordinaria del universo recién nacido, con un margen de error de 0,13 puntos. Es la medida más precisa obtenida hasta ahora y la firma el proyecto LBT Yp, una colaboración internacional de astrónomos que ha observado con el Gran Telescopio Binocular (LBT) de Arizona nubes de gas con muy pocos elementos pesados.
Los resultados se publicaron el 9 de septiembre de 2026 en una serie de artículos de The Astrophysical Journal. Ese margen equivale a una precisión del 0,5 %, cuando hasta ahora las estimaciones del helio del universo rondaban el 2 %, según explicó Richard Pogge, profesor de astronomía de la Universidad Estatal de Ohio y miembro fundador del proyecto, en la nota de la universidad.
La cifra concuerda con lo que predice la teoría del Big Bang, un 24,67 %, y, combinada con otras medidas, encaja con las tres familias de neutrinos del modelo estándar de la física de partículas. «Al hacer esta emocionante medición, hemos aprendido algo fundamental sobre el universo», resumió Pogge.
El helio que dejó el Big Bang
Alrededor del 90 % del helio del universo se formó en el Big Bang y el 10 % restante lo han fabricado las estrellas mediante fusión nuclear durante los últimos 13.500 millones de años, según la Universidad Estatal de Ohio.
La fusión nuclear es la reacción que une núcleos atómicos ligeros para formar otros más pesados, y en el interior de las estrellas ha producido también el carbono, el nitrógeno y el oxígeno que forman parte de nuestro cuerpo.
«Todo lo que necesitamos para vivir aquí en la Tierra estuvo alguna vez fusionado en el interior de una estrella», dijo Miqaela Weller, autora principal del estudio y doctoranda en astronomía de la Universidad Estatal de Ohio. «Entender con precisión de dónde vienen esos elementos nos ayuda a saber cómo evolucionó nuestro universo y cómo evolucionará en el futuro».
Galaxias pobres en metales como archivo
Para separar el helio original del que añadieron después las estrellas, el equipo buscó galaxias con muy pocos elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, a los que los astrónomos llaman «metales» aunque se trate del oxígeno o del carbono.
En esas galaxias hay regiones H II, que son nubes de hidrógeno ionizado por la radiación de estrellas jóvenes y que brillan con líneas de emisión muy marcadas. Cuanto menos oxígeno contienen, más se parece su gas a la mezcla que salió del Big Bang.
Una de esas galaxias es la diminuta Leo P, que el grupo ya había usado en 2021 como caso de estudio para afinar sus mediciones de helio. Encontrar galaxias así, extremadamente raras, fue uno de los retos del trabajo, junto con corregir el efecto de la atmósfera terrestre sobre los datos, según la nota de Ohio State.
«La importancia de la arqueología galáctica no se puede subestimar», afirmó Weller. «Las estrellas están dentro de nosotros, y aprender más sobre ellas nos ayuda a determinar nuestro lugar en el universo».
Un telescopio con dos espejos de 8,4 metros
El LBT observa con dos espejos de 8,4 metros de diámetro sobre una misma montura, lo que le da la superficie colectora de un único espejo de 11,8 metros. Está en el monte Graham, en el sureste de Arizona, a 3200 metros de altitud.
El artículo que encabeza Weller presenta espectros infrarrojos de 48 de estas regiones, es decir, su luz descompuesta por longitudes de onda y captada con los instrumentos LUCI del telescopio. La pieza clave es una línea del helio situada en 1083 nanómetros, muy sensible a la densidad del gas, que ayuda a separar la densidad de la temperatura, dos parámetros que se confunden cuando solo se usan las líneas del hidrógeno y del helio, explican los autores.
En 2015, Erik Aver, Keith Olive y Evan Skillman, hoy coautores de la serie, ya habían calculado que añadir esa línea permitía bajar el margen de error del helio primordial al 1,6 %, según el quinto artículo.
De 54 nubes de gas a una precisión del 0,5 %
El cuarto artículo de la serie, encabezado por Erik Aver, de la Universidad Gonzaga, parte de 54 regiones H II observadas con el LBT y analizadas de la misma manera. En una primera prueba estadística superaron el corte 47 de ellas, el 87 %, una proporción claramente mayor que en conjuntos de datos anteriores.
Después descartaron las que podían introducir errores sistemáticos y se quedaron con 41. Entre ellas hay 15 con muy pocos metales y una señal muy limpia, algo que los autores describen como «un avance significativo para el campo».
Con esas 15 nubes calcularon una media ponderada y obtuvieron el 24,58 %, con una incertidumbre de 0,13 puntos. El resultado «alcanza una precisión sin precedentes del 0,5 %», escriben, y concuerda con el 24,67 % que predice la nucleosíntesis del Big Bang a partir de la densidad de materia ordinaria medida por el satélite Planck.
La nucleosíntesis primordial es el proceso por el que protones y neutrones se unieron en los primeros minutos para formar los núcleos ligeros, como el deuterio, el helio y el litio.
La incertidumbre media del helio en cada nube ha bajado del 4,0 % de sus trabajos anteriores al 2,3 %, una reducción del 42 %, según el mismo artículo.
Los neutrinos del primer segundo
La cantidad de helio depende de lo deprisa que se expandía el universo cuando tenía un segundo, y ese ritmo depende a su vez de cuántos tipos de partículas ligeras había, entre ellas los neutrinos. Los neutrinos son partículas subatómicas diminutas y muy abundantes que apenas interaccionan con la materia.
El quinto artículo, firmado por Tsung-Han Yeh, del laboratorio canadiense TRIUMF, junto con Keith Olive, Brian Fields y otros miembros del equipo, combina el nuevo valor con medidas de deuterio y con el fondo cósmico de microondas. El número de especies de neutrinos que obtienen es de 2,925, con un margen de 0,082, frente a las tres del modelo estándar.
Según los autores, esa pequeña incertidumbre «impone fuertes restricciones a la física más allá del modelo estándar», la misma que buscan los aceleradores como el gran colisionador del CERN, que se apaga cuatro años para multiplicar por diez sus colisiones.
«Tener por fin datos atómicos lo bastante precisos para mostrar cómo funcionaba el universo segundos después de su comienzo nos da la capacidad de establecer restricciones significativas sobre la naturaleza de la propia física», dijo Pogge.
Una ventana anterior a la primera luz
El fondo cósmico de microondas es la luz más antigua que pueden ver los astrónomos y muestra el universo cuando tenía unos 400.000 años. El telescopio espacial James Webb ha encontrado una galaxia que ya existía 280 millones de años después del Big Bang y una supernova que estalló cuando el universo solo tenía mil millones de años, y aun así esas observaciones quedan muy lejos del primer segundo.
El helio permite retroceder hasta ese momento. Los autores escriben que las medidas de helio y deuterio permiten «poner a prueba la cosmología estándar del Big Bang a una edad de alrededor de un segundo con un nivel sin precedentes».
Lo que la medida todavía no resuelve
El valor se apoya en solo 15 objetos, y los propios autores señalan que más observaciones de esa calidad podrían reducir aún más el error. Para comprobar efectos finos del calentamiento de los neutrinos haría falta una incertidumbre en el helio inferior a 0,0006, más o menos la mitad del 0,0013 actual, escriben.
Con las tres especies de neutrinos del modelo estándar, la predicción teórica del helio sigue siendo más precisa que la observación, con una incertidumbre inferior al 0,1 %, según el quinto artículo. El análisis deja además un pequeño margen para partículas nuevas, con un máximo de 0,125 especies de neutrinos adicionales con un 95 % de confianza.
«Nos va a llevar muchos años intentar explorar nuevas galaxias y aplicarles las técnicas que hemos desarrollado», reconoció Pogge. El equipo prevé apoyarse en grandes archivos astronómicos, como los del proyecto DESI, para encontrar más galaxias pobres en metales.
El estudio completo se ha publicado en The Astrophysical Journal.
«Así que es un enorme placer poder transmitir estos hallazgos de décadas a quienes van a ser el futuro de este campo», añadió Pogge.
Imagen: NASA
