Pregúntele a Ethan No. 99: ¿Cómo sabemos la edad del universo?
La juventud es un regalo de la naturaleza, y la vejez es una obra de arte.
- Stanislav Jerzy Permite
Cada semana, nuestro blog destaca las maravillas del universo. Tiene la oportunidad de enviar preguntas y sugerencias a la columna semanal "Pregúntele a Ethan", y de vez en cuando elijo una de las preguntas para responderla. La pregunta de hoy no solo obtendrá una respuesta de Ethan, sino que la formulará Ethan, solo con el nombre de Barbour, quien pregunta:Tengo una pregunta sobre astronomía, de hecho, esta: ¿cuántos métodos independientes existen para medir la edad del universo?Me complacería informarle que existen muchos métodos de este tipo, y todos ellos indican una edad de 13.800 millones de años, al igual que hay muchas pruebas de la existencia de materia oscura. Pero en el cuerpo solo hay dos, y uno es mucho mejor que el otro.
La forma "buena" sugiere pensar que el Universo se está expandiendo y enfriando en nuestro tiempo, y entender que de esto se deduce que en el pasado era más cálido y más denso. Si volvemos al pasado, en épocas anteriores, descubriremos que con un volumen más pequeño del Universo, las partículas de materia en él no solo estaban más cercanas entre sí, sino que también las longitudes de onda de los fotones eran más cortas, ya que la expansión del Universo los estiró a tal estado, en el que los vemos hoy.
Dado que la longitud de onda de un fotón determina su energía y temperatura, un fotón con una longitud de onda más corta es más enérgico y caliente. Retrocediendo en el tiempo, vemos un aumento de la temperatura, y en algún momento llegamos a las primeras fases del Big Bang.Esto es importante: ¡existe la etapa "más temprana" del Big Bang!
Si extrapolamos interminablemente, llegamos a una singularidad donde la física deja de funcionar. Nuestra comprensión moderna de las primeras fases del Universo nos hace comprender que el Big Bang fue precedido por una fase de inflación, y la duración de este estado no está definida.Hablando de la edad del Universo, estamos hablando del tiempo transcurrido desde que el Universo fue posible describir por primera vez a través del Big Bang, y hasta el día de hoy.
De acuerdo con las leyes de la Teoría General de la Relatividad, en nuestro Universo, en el que:• la densidad es uniforme en las escalas más grandes,• las mismas leyes y propiedades generales se aplican en todas partes,• independientemente de la dirección elegida, todo es igual en todas partes,• El Big Bang ocurrió en todas partes simultáneamente,Hay una conexión única entre su edad y expansión a lo largo de su vida.
En otras palabras, después de haber logrado medir cómo se está expandiendo el Universo ahora, y cómo se expandió durante el curso de su vida, aprenderemos en qué consiste. Podemos descubrirlo a través de muchas observaciones, que incluyen:
• Mediciones directas de brillo y distancia a objetos del Universo, como estrellas, galaxias, supernovas, lo que nos permite construir una escalera de distancias cósmicas.
• Medición de estructuras a gran escala, cúmulos de galaxias y oscilaciones acústicas bariónicas.
• Medición de fluctuaciones del CMB, una "fotografía" del Universo tomada a la edad de 380,000 años.En conjunto, obtenemos el Universo, que hoy consiste en 68% de energía oscura, 27% de materia oscura, 4.9% de materia normal, 0.1% de neutrinos, 0.01% de radiación y, en general, eso es todo.Habiendo considerado la expansión actual del Universo, podremos extrapolar en el tiempo, descubrir la historia de su expansión y, por lo tanto, la edad.
El número resultante, más exactamente del telescopio Planck, pero complementado por otras fuentes, por ejemplo, midiendo supernovas, un proyecto clave del telescopio que lleva el nombre Hubble para medir distancias intergalácticas y la encuesta celestial digital de Sloan: entendemos que la edad del universo actual es de 13.81 mil millones de años con un error de solo 120 millones de años. Esto significa que tenemos confianza en la edad del 99.1%, ¡lo cual es muy sorprendente!Sí, tenemos diferentes conjuntos de datos que conducen a esta conclusión, pero de hecho, el método es el mismo. Tuvimos la suerte de que hay una imagen coherente a la que todos apuntan, pero de hecho, ninguna de estas limitaciones es suficiente para decir "este es nuestro universo". Todos ellos ofrecen un conjunto de opciones, y solo su intersección nos dice dónde vivimos.
Si el Universo tuviera las mismas propiedades que tiene hoy, pero sería una materia 100% normal, sin materia oscura y energía oscura, entonces su edad tendría que ser de solo 10 mil millones de años. Si el Universo tuviera 5% de materia normal (sin materia oscura y energía oscura), y la constante de Hubble sería 50 (km / s) / Mpc, y no 70 (km / s) / Mpc, entonces el Universo sería 16 mil millones años Pero una combinación de todas las propiedades exactas nos informa sobre la edad de 13.81 mil millones de años, con un pequeño margen de error. Y este es un logro asombroso de la ciencia.Pero este es un método. Él es el jefe, el mejor, el más completo y las montañas de evidencia lo señalan. Hay uno más, y es muy útil para verificar los resultados.
Es que conocemos las peculiaridades de la vida de las estrellas, la quema de su combustible y su muerte. Más precisamente, sabemos que todas las estrellas, cuando están vivas y queman el combustible principal (llevando a cabo la síntesis de helio a partir del hidrógeno), tienen un brillo y color específicos, y mantienen este brillo y color durante un cierto tiempo: hasta que el combustible comienza a agotarse en sus núcleos.En este momento, las estrellas más brillantes, azules y masivas comienzan a "apagarse" de la secuencia principal (una línea curva en el diagrama de tamaño de color a continuación), y se convierten en gigantes y supergigantes.
Si encontramos este punto de desconexión en un grupo de estrellas que se formaron al mismo tiempo, podemos averiguar, sabiendo cómo funcionan las estrellas, la edad de las estrellas en el grupo. Al observar los cúmulos globulares más antiguos en los que los elementos más pequeños son los más pequeños, y las paradas de las cuales ocurren a las estrellas menos masivas, encontramos que su edad es sucesivamente igual a unos 13,2 mil millones de años, y nada más. (Pero hay un grave error de mil millones de años).
Las estrellas de 12 mil millones de años o menos son muy comunes, pero nadie ha visto estrellas de 14 mil millones de años o más, aunque en la década de 1990 a menudo mencionaron 14-16 mil millones de años (la mejor comprensión de las estrellas y su evolución redujeron estas estimaciones) .Entonces, tenemos dos métodos, uno de la historia cósmica y otro de la medición de estrellas cercanas, que muestran que la edad de nuestro universo es entre 13 y 14 mil millones de años. Nadie se sorprendería si tuviéramos 13.6 o 14.0 billones de años, pero para nosotros con gran precisión, no 13.0 o 15.0 billones de años. Puede decir con seguridad la edad de 13.8 mil millones de años, ¡y ahora sabe por qué!Source: https://habr.com/ru/post/es398461/
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