Como nos sabemos a idade do universo?
Crédito da imagem: ESA/Hubble & NASA; Agradecimento: Judy Schmidt.
13,8 bilhões de anos é um grande número. Mas até que ponto temos certeza disso e como chegamos lá?
Ninguém envelhece apenas por viver alguns anos. Envelhecemos abandonando nossos ideais. Os anos podem enrugar a pele, mas desistir do entusiasmo enruga a alma. – Samuel Ullman
Em um mundo ideal, quando quisermos descobrir a resposta para uma pergunta como qual é a idade do Universo, teríamos um número incrível de linhas de evidência independentes, todas convergindo para a mesma resposta. Mas, na realidade, existem apenas dois bons, e um é melhor que o outro.
O bom é pensar no fato de que nosso Universo está se expandindo e esfriando hoje, e reconhecer que, portanto, era mais quente e mais denso no passado. Se voltarmos a tempos anteriores e anteriores, descobriríamos que, como o volume do Universo era menor, toda a matéria nele não estava apenas mais próxima, mas também que os comprimentos de onda de todos os fótons individuais (partículas de luz) nele eram mais curtos, pois a expansão do Universo os alongou para serem tão longos quanto são hoje.
Crédito da imagem: NASA / GSFC / Dana Berry.
Como o comprimento de onda de um fóton define sua energia e temperatura, um fóton de comprimento de onda mais curto é mais energético e mais alto em temperatura. À medida que voltamos cada vez mais no tempo, a temperatura sobe e sobe, até que, em algum ponto, alcançamos os primeiros estágios do Big Bang quente. Isso é importante: há é um estágio inicial para o quente Big Bang!
Se extrapolarmos infinitamente para trás, chegaríamos a uma singularidade, onde a física falha. Com nossa compreensão moderna do Universo primitivo, sabemos que um estado inflacionário precedeu o quente e denso Big Bang, e esse estado inflacionário teve uma duração indeterminada. Então, quando falamos da idade do Universo, estamos falando de quanto tempo se passou desde que o Universo pôde ser descrito pela primeira vez pelo Big Bang quente até os dias atuais.
Crédito da imagem: Bock et al. (2006, astro-ph/0604101); modificações por E. Siegel.
Sob as leis da Relatividade Geral, se você tem um Universo como o nosso, que é:
- de densidade uniforme nas maiores escalas,
- que tem as mesmas leis e propriedades gerais em todos os locais,
- que é o mesmo em todas as direções, e
- em que o Big Bang ocorreu em todos os locais em todos os lugares ao mesmo tempo,
então há uma conexão única entre a idade do Universo e como ele se expandiu ao longo de sua história.
Crédito da imagem: NASA, ESA e A. Feild (STScI).
Em outras palavras, se pudermos medir como o Universo está se expandindo hoje e como ele se expandiu ao longo de toda a sua história, podemos saber exatamente quais são os diferentes componentes que o compõem. Aprendemos isso com toda uma série de observações, incluindo:
Crédito da imagem: ESA/Hubble e NASA, via http://www.spacetelescope.org/images/potw1004a/ .
- A partir de medições diretas dos brilhos e distâncias de objetos no Universo, como estrelas, galáxias e supernovas, nos permite construir a escada de distância cósmica.
Crédito da imagem: Sloan Digital Sky Survey.
- A partir de medições de estrutura em grande escala, o agrupamento de galáxias e de oscilações acústicas bariônicas.
Crédito da imagem: ESA e a Colaboração Planck.
- E das flutuações no fundo cósmico de microondas, um instantâneo do Universo quando tinha apenas 380.000 anos.
Você junta todas essas coisas e obtém um Universo que é composto, hoje , de 68% de energia escura, 27% de matéria escura, 4,9% de matéria normal, cerca de 0,1% de neutrinos, cerca de 0,01% de radiação e praticamente nada mais. Mas você joga como o Universo está se expandindo hoje, e podemos extrapolar isso de volta no tempo e aprender toda a história de expansão do Universo e, portanto, sua idade.
Os diferentes componentes de energia do Universo e quando/como eles importam. Crédito da imagem: E. Siegel.
O número que obtemos - mais precisamente do Planck, mas aumentado de outras fontes, como medições de supernovas, o projeto-chave HST e o Sloan Digital Sky Survey - é que o Universo é 13,81 bilhões de anos , com uma incerteza de apenas 120 milhões de anos. Isso significa que estamos confiantes na idade do Universo com 99,1% de precisão, o que é um feito incrível!
Sim, temos vários conjuntos de dados diferentes que apontam para essa conclusão, mas, na realidade, é tudo o mesmo método. Somos simplesmente afortunados por haver uma imagem consistente para a qual todos eles apontam, mas, na realidade, qualquer uma das restrições em si é insuficiente para dizer que é exatamente assim que o Universo é. Em vez disso, todos eles oferecem uma variedade de possibilidades, e é apenas sua interseção que nos diz onde moramos.
Crédito da imagem: Suzuki et al. (The Supernova Cosmology Project), aceito para publicação, Ap.J., 2011., via http://supernova.lbl.gov/Union/ .
Se o Universo tivesse as mesmas propriedades atuais, mas fosse feito 100% de matéria normal e sem matéria escura ou energia escura, nosso Universo teria apenas 10 bilhões de anos. Se o Universo fosse 5% de matéria normal (sem matéria escura ou energia escura) e a constante de Hubble fosse 50 km/s/Mpc em vez de 70 km/s/Mpc, nosso Universo teria 16 bilhões de anos. Com as combinações de coisas que temos hoje, no entanto, podemos afirmar com confiança que 13,81 bilhões de anos é a idade do Universo, com uma incerteza muito pequena. É um feito incrível da ciência.
E, no entanto, tudo isso é legitimamente justo 1 método. É o principal, é o melhor, é o mais completo e tem uma tonelada de evidências diferentes apontando para ele. Mas há outro, e é incrivelmente útil para verificando nossos resultados.
Crédito da imagem: Joel D. Hartman, Universidade de Princeton, via http://www.astro.princeton.edu/~jhartman/M3_movies.html .
É o fato de que sabemos como as estrelas vivem, queimam seu combustível e morrem. Em particular, sabemos que todas as estrelas, quando estão vivas e queimando seu combustível principal (fundindo hidrogênio em hélio), têm um brilho e uma cor específicos e permanecem nesse brilho e cor específicos. só por um certo período de tempo: até que seus núcleos comecem a ficar sem combustível. Nesse ponto, as estrelas mais brilhantes, azuis e de maior massa começam a se desligar da sequência principal (a linha curva no diagrama cor-magnitude, abaixo), evoluindo para gigantes e/ou supergigantes.
Crédito das imagens: Richard Powell sob c.c.-by-s.a.-2.5 (L); R. J. Hall sob c.c.-by-s.a.-1.0 (R).
Ao olhar para onde é esse ponto de desligamento para um aglomerado de estrelas que se formaram ao mesmo tempo, podemos descobrir – se soubermos como as estrelas funcionam – quantos anos essas estrelas no aglomerado têm. Quando olhamos para o mais velho aglomerados globulares lá fora, os mais baixos em elementos pesados e cujos desligamentos vêm para as estrelas de menor massa lá fora, descobrimos que eles vêm consistentemente com uma idade de cerca de 13,2 bilhões de anos, mas não muito mais velhos. (Há incertezas significativas de cerca de um bilhão de anos sobre isso, lembre-se.)
Aglomerado globular Messier 10, fotografado com o Telescópio Espacial Hubble. Crédito de imagem: ESA/Hubble & NASA.
Idades de 12 bilhões de anos ou mais são muito comuns, mas idades de, digamos, 14 bilhões de anos ou mais são desconhecidas, embora tenha havido um período na década de 1990 em que idades de 14 a 16 bilhões de anos foram frequentemente citadas. (Uma melhor compreensão das estrelas e sua evolução reduziu esses números.)
Então, em suma, temos dois métodos – um de nossa história cósmica e outro de medir estrelas locais – que nos mostram que a idade do nosso Universo está entre 13 e 14 bilhões de anos. Não surpreenderia ninguém se tivéssemos apenas 13,6 ou 14,0 bilhões de anos, ou talvez até 13,5 ou 14,1 bilhões. Mas onde não 13,0 ou 15,0 bilhões de anos, e determinamos isso com extrema certeza. Digamos que temos 13,8 bilhões de anos com confiança e agora você sabe como descobrimos isso!
Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes . Deixe seus comentários em nosso fórum , confira nosso primeiro livro: Além da Galáxia , e apoie nossa campanha no Patreon !
Compartilhar:
