Una medición récord del helio primordial nos muestra cómo era el universo en sus primeros cinco minutos
Quince galaxias casi vírgenes han permitido reconstruir la composición del cosmos recién nacido con una precisión sin precedentes. El resultado confirma la física conocida y estrecha el cerco sobre las partículas ocultas que pudieron poblar el universo primitivo.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Recreación artística de la huella del helio primordial: la luz de galaxias extremadamente pobres en metales permite al gran telescopio binocular de Arizona reconstruir la composición del universo durante sus primeros cinco minutos. Crédito: IA-GEMINI / REXMOLÓN PRODUCCIONES
No es posible fotografiar el universo cuando apenas tenía unos minutos de vida. Al menos de forma directa. La luz más antigua que pueden observar directamente los telescopios procede de una época muy posterior, cuando habían transcurrido unos 380.000 años desde el big bang y el cosmos se volvió transparente.
Pero aquella etapa anterior a la luz dejó una huella química que todavía puede rastrearse. Es la cantidad de hidrógeno, deuterio, helio y litio producida durante la nucleosíntesis primordial, esto es, el breve periodo de tiempo en el que se formaron los primeros núcleos atómicos.
Un equipo internacional de astrónomos ha conseguido leer esa huella con una precisión sin precedentes. Tras dedicar unas 130 horas del gran telescopio binocular —LBT, por sus siglas en inglés— de Arizona (Estados Unidos) al estudio de algunas de las galaxias menos contaminadas químicamente que se conocen, los investigadores han determinado que la fracción primordial de helio-4 fue de:
0,2458 ± 0,0013
Esto significa que aproximadamente el 24,58 % de la masa de la materia ordinaria o bariónica del universo quedó convertida en helio durante la nucleosíntesis del big bang, con una incertidumbre relativa de solo el 0,5 %.
El resultado, publicado como parte de una serie de artículos en la revista The Astrophysical Journal, reduce en torno a un factor de tres la incertidumbre de las mejores estimaciones anteriores.
«Es un número fundamental que nos habla específicamente de las condiciones del universo en sus primeros cinco minutos y dialoga directamente con el modelo estándar de la física». afirma Evan Skillman, astrónomo de la Universidad de Minnesota (Estados Unidos) y uno de los responsables del proyecto.
Para el investigador, constituye uno de los hallazgos más importantes de sus cuatro décadas de carrera. El artículo introductorio explica que una medición suficientemente precisa de esta abundancia permite convertir el helio en una prueba independiente del número de familias de neutrinos y de posibles desviaciones respecto a la física conocida.
Por qué el helio permite estudiar el universo primitivo
El helio funciona como una especie de termómetro fósil del big bang o la gran explosión, la teoría que explica que el universo comenzó hace unos 13.800 millones de años en un estado extremadamente caliente y denso, y desde entonces se expande y enfría. Durante los primeros segundos, el universo era una sopa extremadamente caliente de partículas y radiación. A medida que se expandía y enfriaba, los protones y neutrones comenzaron a combinarse.
En pocos minutos surgieron los primeros núcleos de deuterio, helio-3, helio-4 y pequeñas cantidades de litio-7. Después, la expansión redujo tanto la temperatura y la densidad que aquella fábrica nuclear se apagó.
La proporción final de helio dependió de factores muy concretos. Los autores del trabajo destacan estos tres:
1️⃣ La densidad de bariones, es decir, de protones y neutrones.
2️⃣ La vida media del neutrón.
3️⃣ La velocidad de expansión del universo primitivo.
Esta última estaba condicionada por la cantidad de radiación y de partículas relativistas presentes, entre ellas los neutrinos, partículas subatómicas casi sin masa y sin carga eléctrica que apenas interactúan con la materia, por lo que pueden atravesarla prácticamente sin dejar rastro. Si el universo se hubiera expandido más deprisa, habría quedado menos tiempo para que los neutrones se transformaran en protones y se habría producido una cantidad mayor de helio.
Por eso, medir con exactitud su abundancia equivale a interrogar a la naturaleza sobre qué partículas poblaban el cosmos cuando este tenía apenas segundos.
El equipo estudió quince de las galaxias enanas más pobres en elementos pesados conocidas, auténticas cápsulas del tiempo que conservan una composición química cercana a la del universo primitivo. Cortesía: NASA
Quince galaxias casi intactas como cápsulas del tiempo
El problema es que el universo no ha conservado muestras completamente inalteradas de su materia inicial. Durante más de 13.000 millones de años, las estrellas han fusionado hidrógeno, han producido nuevo helio y han fabricado elementos más pesados.
Para aproximarse a la composición original, los astrónomos buscan galaxias enanas extremadamente pobres en metales. En astronomía se denomina metal a cualquier elemento más pesado que el helio, incluidos el oxígeno, el carbono y el nitrógeno.
Cuanto menor es la abundancia de esos elementos, menos generaciones de estrellas han modificado el gas de una galaxia. Su composición química se parece, por tanto, más a la que existía poco después del big bang. Estas galaxias actúan como auténticas cápsulas del tiempo cósmicas.
Hasta ahora, el procedimiento habitual consistía en observar numerosas regiones de formación estelar, relacionar su contenido de helio con su metalicidad y prolongar matemáticamente esa tendencia hasta una metalicidad igual a cero. El punto donde la línea cortaba el eje proporcionaba una estimación de la abundancia primordial.
Pero el método plantea un problema: presupone que el helio y el oxígeno han aumentado siempre siguiendo una relación sencilla y lineal. No existe ninguna garantía absoluta de que miles de millones de años de evolución química galáctica hayan respetado una regla tan limpia.
Un método que evita extrapolar hasta una galaxia inexistente
El proyecto LBT Yp, diseñado para obtener una medición fiable y de alta precisión de la abundancia de helio primordial (Yp), adoptó otra estrategia: localizar suficientes objetos extraordinariamente pobres en metales para que la corrección por evolución estelar resultara casi irrelevante.
El programa partió de 54 regiones H II, grandes nubes de hidrógeno ionizado que rodean estrellas jóvenes. Todas fueron observadas y analizadas mediante procedimientos homogéneos. De ellas, 47 superaron las primeras pruebas estadísticas y, después de descartar posibles fuentes de sesgo, quedaron 41 mediciones consideradas fiables.
Entre las seleccionadas había quince regiones con una abundancia de oxígeno inferior a cuatro átomos por cada 100.000 átomos de hidrógeno. En objetos tan poco evolucionados, el equipo no encontró una relación significativa entre la proporción de helio y la de oxígeno.
Esto permitió calcular por primera vez el valor primordial mediante una media ponderada directa de quince objetos extremadamente pobres en metales, sin depender de la extrapolación tradicional. El resultado fue una fracción de masa de helio-4 de 0,2458 ± 0,0013.
El análisis principal del proyecto concluye que la cifra concuerda con la predicción de la nucleosíntesis estándar, situada en 0,2467 ± 0,0002. La diferencia entre ambas se encuentra dentro del margen estadístico esperado.
Las cifras principales del estudio
54 regiones H II observadas inicialmente.
47 regiones superaron las pruebas estadísticas.
41 mediciones formaron la muestra final fiable.
15 regiones extremadamente pobres en metales permitieron calcular la abundancia primordial.
130 horas de observación con el Gran Telescopio Binocular.
24,58 % de helio-4 primordial por masa.
0,5 % de incertidumbre, la menor alcanzada hasta ahora.
El gran telescopio binocular, en Arizona, combina dos espejos de 8,4 metros y permitió analizar durante 130 horas la luz de galaxias casi primitivas para medir el helio surgido tras el big bang.
Cómo el gran telescopio binocular alcanzó esta precisión
El aumento de precisión no procede únicamente de haber elegido mejor las galaxias. También fue decisiva la capacidad del gran telescopio binocular, instalado en el monte Graham. El observatorio posee dos espejos de 8,4 metros montados sobre una misma estructura.
Sus espectrógrafos MODS, destinados a la luz visible, y LUCI, especializado en el infrarrojo cercano, permitieron registrar simultáneamente hasta ocho líneas de emisión de helio, 15 de hidrógeno y una señal mezclada de ambos elementos.
Cada línea espectral aporta información sobre diferentes propiedades del gas:
✅ La temperatura.
✅ La densidad electrónica.
✅ La cantidad de polvo.
✅ La absorción producida por las estrellas.
✅ El hidrógeno neutro presente.
✅ La transferencia de radiación dentro de la nebulosa.
Estos efectos pueden resultar secundarios en una estimación aproximada, pero se vuelven decisivos cuando se pretende alcanzar una precisión inferior al 1 %. Los investigadores tuvieron que incorporar correcciones que anteriormente podían considerarse despreciables.
La línea infrarroja del helio en una longitud de onda de 10.830 ángstroms resultó especialmente valiosa, porque ayuda a separar dos propiedades que suelen confundirse en los cálculos: la densidad y la temperatura del gas. El equipo también revisó las probabilidades de emisión de los átomos, las correcciones por transferencia de radiación y la calibración del instrumento en función de la longitud de onda.
Los espectrógrafos MODS necesitaron doce años de desarrollo antes de observar el cielo. Richard Pogge, astrónomo de la Universidad Estatal de Ohio y responsable del proyecto instrumental, reconoce que resulta especialmente satisfactorio verlos utilizados para medir una propiedad fundamental del universo.
«Al hacer esta medición, hemos aprendido algo fundamental sobre el cosmos», resume el astrónomo.
Miqaela Weller, investigadora de la misma universidad, recuerda que estudiar el origen de los elementos permite comprender cómo ha evolucionado el universo y cómo seguirá haciéndolo. «Las estrellas están dentro de nosotros», afirma.
Richard Pogge, astrónomo de la Universidad Estatal de Ohio y uno de los impulsores del proyecto LBT Yp, participó en el desarrollo de los espectrógrafos que hicieron posible medir el helio primordial con una precisión récord. Cortesía: OSU
Qué nos dice el helio sobre los neutrinos
La nueva cifra no solo reconstruye la composición química inicial. También permite estimar de forma indirecta cuántas partículas ligeras contribuían a la expansión del universo primitivo.
Al combinar el valor del helio con las mediciones del deuterio primordial, las predicciones de la nucleosíntesis y los datos del fondo cósmico de microondas, los investigadores obtuvieron este interesante dato:
2,925 ± 0,082 familias de neutrinos
El resultado es compatible con las tres conocidas por la física de partículas: el neutrino electrónico, el neutrino muónico y el neutrino tauónico. El análisis también establece que la posible contribución adicional de otras partículas ligeras no puede superar el equivalente a 0,125 especies de neutrinos, con un nivel de confianza del 95 %, bajo las condiciones estudiadas.
El estudio dedicado a las implicaciones cosmológicas concluye que existe una notable concordancia entre la física del universo de apenas unos segundos y la que describe el fondo cósmico cientos de miles de años más tarde.
Esto no demuestra que los neutrinos estériles, la radiación oscura u otras partículas hipotéticas no existan. Indica que, si estaban presentes y contribuían a la expansión cósmica, su efecto tuvo que ser pequeño.
La medición también restringe algunos modelos propuestos para explicar la tensión de Hubble, la discrepancia entre diferentes métodos para determinar la velocidad actual de expansión del universo. Muchas de esas hipótesis introducen partículas o radiación adicional que habrían modificado la expansión temprana y, como consecuencia, la producción de helio.
Otros estudios ofrecen valores diferentes
El resultado llega, además, en un momento de acalorado debate entre los físicos. El proyecto japonés EMPRESS obtuvo en 2025 un valor más bajo, 0,2387, con incertidumbres de alrededor de 0,003, a partir de espectros del telescopio Subaru.
Esta estimación sugería 2,54 familias efectivas de neutrinos y una ligera tensión, de entre una y dos desviaciones estándar, con el modelo estándar; sus propios autores advirtieron que hacían falta más galaxias y un mejor control de los errores sistemáticos.
El trabajo de EMPRESS no resulta incompatible de forma concluyente con la nueva medición, pero muestra hasta qué punto la selección de las galaxias y el tratamiento de sus espectros pueden desplazar el valor central.
Por otro lado, las estimaciones recientes basadas en el fondo cósmico también son menos precisas: el Atacama Cosmology Telescope, en Chile, ha obtenido 0,2312 ± 0,0092, mientras que la combinación de datos del South Pole Telescope, Planck y ACT proporciona 0,2285 ± 0,0085.
Debido a sus incertidumbres, estos resultados continúan siendo compatibles con la nucleosíntesis estándar. También confirman que, por ahora, las galaxias extremadamente pobres en metales ofrecen una de las vías más precisas para medir el helio primordial.
Una nueva herramienta para buscar física desconocida
La cifra obtenida por el proyecto LBT Yp ya está siendo utilizada para evaluar modelos que van más allá de la física conocida. Entre ellos se encuentran los neutrinos estériles, la radiación oscura y los axiones o partículas similares a los axiones, que podrían haber modificado la expansión o la composición del universo durante la nucleosíntesis.
Un estudio publicado en 2026 en The European Physical Journal C incorporó la nueva abundancia de helio para estrechar los límites sobre estas partículas hipotéticas.
El próximo objetivo será reducir nuevamente el error, desde el actual 0,5 % hasta aproximadamente el 0,25 %. Ese nivel permitiría intentar distinguir las tres familias ordinarias de neutrinos del valor efectivo 3,044, ligeramente superior debido a la energía que recibieron estas partículas durante el enfriamiento del universo.
Nuevas galaxias pobres en metales descubiertas por DESI y futuras observaciones del fondo cósmico con el Observatorio Simons podrían hacer posible esa prueba.
La nueva medición no ha encontrado una grieta en el modelo estándar, pero ha reducido considerablemente el espacio en el que podría ocultarse una física desconocida. En cosmología de precisión, confirmar una teoría con tres veces menos incertidumbre no consiste en repetir lo que ya se sabía: significa obligar a cualquier nueva explicación del universo a superar una prueba mucho más exigente.▪️(14-septiembre-2026)
⏱️ LO MÁS IMPORTANTE DEL ESTUDIO, EN 30 SEGUNDOS
- Una precisión nunca alcanzada: los investigadores han calculado la abundancia de helio-4 primordial con una incertidumbre de solo el 0,5 %, tres veces menor que en mediciones anteriores.
- Una cuarta parte del universo era helio: aproximadamente el 24,58 % de la masa de la materia ordinaria quedó convertida en helio durante los primeros minutos posteriores al Big Bang.
- Quince cápsulas del tiempo cósmicas: el cálculo se basa en regiones de 15 galaxias extremadamente pobres en elementos pesados, cuya composición apenas ha sido alterada por generaciones de estrellas.
- Sin depender de extrapolaciones: la calidad de la muestra permitió obtener el valor primordial mediante una media ponderada directa, reduciendo una importante fuente de incertidumbre.
- 130 horas mirando el pasado: el Gran Telescopio Binocular analizó numerosas líneas espectrales de hidrógeno y helio en luz visible e infrarroja.
- El modelo estándar supera la prueba: el valor medido coincide con la cantidad de helio predicha por la nucleosíntesis del Big Bang.
- Tres familias de neutrinos: los datos arrojan 2,925 ± 0,082 especies ligeras equivalentes, un resultado compatible con el neutrino electrónico, el muónico y el tauónico.
- Menos espacio para una física desconocida: la nueva precisión impone límites más estrictos a posibles neutrinos estériles, radiación oscura y otras partículas hipotéticas.
PREGUNTAS & RESPUESTAS: Helio y Universo Primitivo
⚗️ ¿Cuánto helio se produjo durante el big bang?
La nueva medición establece que el helio-4 primordial representa el 24,58 % de la masa de la materia ordinaria, con una incertidumbre de solo el 0,5 %. El resto estaba compuesto principalmente por hidrógeno, además de cantidades mucho menores de deuterio, helio-3 y litio-7.
⚗️ ¿Cuándo se formó el helio primordial?
Los primeros núcleos de helio se formaron durante la nucleosíntesis del big bang, pocos minutos después del nacimiento del universo, cuando la temperatura descendió lo suficiente para que protones y neutrones pudieran unirse de manera estable.
⚗️ ¿Cómo se puede medir hoy un elemento formado hace 13.800 millones de años?
Los astrónomos analizan las líneas espectrales del hidrógeno y el helio en galaxias extremadamente pobres en elementos pesados. Como estas galaxias han experimentado poca evolución química, su gas conserva una composición próxima a la primordial.
⚗️ ¿Qué telescopio se utilizó?
Las observaciones se realizaron con el gran telescopio binocular, situado en Arizona. Sus instrumentos MODS y LUCI registraron líneas espectrales en luz visible e infrarroja para determinar la composición y las condiciones físicas del gas.
⚗️ ¿Qué relación existe entre el helio y los neutrinos?
La cantidad de helio producida depende de la velocidad de expansión del universo primitivo. Esa expansión estaba influida por la cantidad de partículas relativistas presentes. Por ello, la abundancia de helio permite limitar el número de especies de neutrinos y buscar indicios de partículas desconocidas.
⚗️ ¿Confirma el resultado el modelo estándar?
Sí. El valor obtenido para el helio concuerda con la predicción de la nucleosíntesis estándar y conduce a 2,925 ± 0,082 especies ligeras equivalentes, una cifra compatible con las tres familias de neutrinos conocidas. No descarta por completo la existencia de nueva física, pero limita mucho más su posible influencia.
ESTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA
Información facilitada por la Universidad de Minnesota
Fuente: Evan D. Skillman et al. The LBT Yp Project. I. An Improved Determination of the Primordial Helium Abundance—Project Description, Sample Selection, Observations, and Methodology. The Astrophysical Journal (2026). DOI: 10.3847/1538-4357/ae879f
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