Uma equipa internacional de cientistas, usando o telescópio mais poderoso da Terra, descobriu que os momentos logo após o Big Bang aconteceram mais de acordo com as previsões teóricas, eliminando uma discrepância significativa que tem inquietado os físicos durante duas décadas. A descoberta foi publicada na revista internacional Astronomy & Astrophysics a 6 de Junho.

Um dos mais importantes problemas da física e da astronomia tem sido a discrepância nos isótopos de lítio observados nas estrelas mais antigas da nossa galáxia, que sugerem níveis cerca de 200 vezes mais elevados para o Li-6 e cerca de 3 a 5 vezes mais baixos para o Li-7 do que aqueles que a núcleosíntese do Big Bang prevê. Este obstáculo para a compreensão do Universo primitivo já levou a que se recorresse à física exótica e a buscas infrutíferas de fontes de produção pré-galácticas de forma a conciliar as diferenças.

A equipa, liderada por Karin Lind, da Universidade de Cambridge, provou que o antigo inventário com décadas teve por base dados da observação de baixa qualidade com a análise a utilizar várias simplificações que resultaram em falsas detecções de isótopos de lítio.

Usando o telescópio de 10 metros do Observatório WM Keck para observar estrelas velhas, bem como modelos avançados das suas atmosferas, foi possível mostrar que não há nenhum conflito entre os valores de lítio-6 e lítio-7 e as previsões da teoria padrão de núcleo-síntese do Big Bang, restaurando-se assim a ordem na teoria que explica o início do Universo.

A descoberta de que o Universo se estava a expandir, por Edwin Hubble, na década de 1920, bem como observações posteriores sugeriram que o Universo teve início há cerca de 13,8 mil milhões de anos, num evento ao qual se deu o nome de Big Bang. As observações fundamentais que reforçam a teoria do Big Bang são a radiação cósmica de fundo e as abundâncias químicas dos elementos leves descritos na núcleosíntese do Big Bang (BBN).

"As previsões da núcleo-síntese do Big Bang têm sido um dos principais sucessos do modelo padrão do Big Bang", disse Karin Lind. "Os nossos resultados eliminam grande parte da tensão gritante entre as abundâncias em Li-6 e Li-7 em estrelas e o padrão BBN, abrindo mesmo a porta a uma reconciliação total. Além disso, consolidam um modelo que se apoia fortemente nos pilares da radiação cósmica de fundo e do Universo em expansão ".

Conseguir medições precisas de lítio-6 e lítio-7 em estrelas velhas é um desafio, tanto do ponto de vista teórico como do da observação, em particular para o lítio-6, que sendo o isótopo de lítio menos abundante tem uma assinatura muito fraca. Os dados necessários só podem ser obtidos com os maiores telescópios da Terra, como o Observatório Keck, no topo do Mauna Kea, no Havai, equipado com o poderoso espectrógrafo de alta resolução HIRES.

"Em 2004, o HIRES foi modernizado com CCDs passando a ter melhor resolução e permitindo ver mais detalhes no espectro", disse Jorge Meléndez, da Universidade de São Paulo. "A alta resolução espectral fornecida pelo HIRES é necessária para se estudar com detalhe o perfil da linha e para estimar a presença de lítio-6. O grande poder de captação de luz do Observatório Keck permitiu observar a composição das estrelas de uma forma mais apurada que em qualquer estudo anterior."

Mesmo com o poderoso telescópio Keck I, uma única estrela deve ser observada durante várias horas para que seja possível recolher fotões suficientes para uma observação detalhada. A modelação dos dados também é muito exigente, já que diferentes processos nas atmosferas de estrelas velhas com escassez de metal podem imitar a presença de lítio-6. Os dados têm de ser analisados usando modelos sofisticados de atmosferas criados pela equipa em 3D e que incluem cálculos complexos durante semanas em poderosos super-computadores.

"Flexibilizámos simultaneamente duas premissas físicas chave nos modelos de atmosferas estelares: hidrostática unidimensional e equilíbrio termodinâmico local", disse Lind. "Usando física mais sofisticada e poderosos super-computadores, conseguimos remover os desvios sistemáticos que prejudicam os modelos tradicionais e que já levaram a falsas identificações da assinatura isotópica Li-6/Li-7".

A sinergia entre as observações de alta qualidade do Keck e os modelos teóricos detalhados resolveu um problema cosmológico que andou a assombrar os físicos de partículas e astrofísicos durante as duas últimas décadas.

"Compreender como nasceu o Universo é fundamental para a compreensão da posterior formação de todos os seus constituintes, incluindo nós próprios", disse Lind. "O modelo do Big Bang define as condições iniciais para a formação da estrutura e explica a nossa presença num Universo em expansão dominado por matéria escura e energia."

A teoria do Big Bang agora assenta em bases mais firmes.

Fonte da notícia: http://keckobservatory.org/news/international_team_on_keck_observatory_strengthens_big_bang_theory