Probablemente ya haya escuchado que el Universo comenzó con el Big Bang hace 13.8 mil millones de años, y formó átomos, estrellas, galaxias y, finalmente, planetas con la composición necesaria para la aparición de la vida. Al observar los lugares remotos del Universo, también miramos hacia atrás en el tiempo y, de alguna manera, gracias a las capacidades de la física y la astronomía, calculamos no solo cómo comenzó el Universo, sino también su edad. ¿Pero cómo sabemos cuántos años tiene? Esta es la pregunta que nos hace el lector:
Ethan, ¿cómo se estima esta cifra en 13.8 mil millones de años? (¡Solo explique en lenguaje sencillo, por favor!)
De hecho, hay dos métodos diferentes e independientes para medir esta cantidad, y aunque uno de ellos es mucho más preciso que el otro, se utilizan supuestos menos precisos en menos precisos.
Un método más preciso sugiere pensar que el Universo se está expandiendo y enfriando, lo que significa que en el pasado era más cálido y más denso. Si retrocedemos en el tiempo, encontramos que en un volumen más pequeño del Universo, no solo toda la materia se encontraba más cerca entre sí, sino que también las longitudes de onda de todos los fotones eran más cortas, ya que la expansión del Universo los extendió a su estado actual.
Dado que la longitud de onda del fotón determina su energía y temperatura, el fotón de onda corta es más enérgico y caliente. Cuanto más retrocedamos en el tiempo, mayor será la temperatura, hasta que en algún momento alcancemos las primeras etapas del Big Bang. Importante: ¡el Big Bang caliente tuvo una etapa que se puede llamar lo más temprano posible!
Si extrapolamos al pasado indefinidamente, lograremos una singularidad en la que la física deja de funcionar. Con nuestra comprensión actual del estado temprano del Universo, sabemos que el Big Bang denso y caliente estuvo precedido por un estado de inflación, y su duración fue incierta. Cuando hablamos de la edad del Universo, hablamos de cuánto tiempo ha pasado desde la primera vez que el Universo podría describirse a través del gran Big Bang.
De acuerdo con las leyes de la Teoría General de la Relatividad, en un universo como el nuestro:
• con la misma densidad en las escalas más grandes,
• con las mismas leyes y propiedades en todos los lugares,
• lo mismo en todas las direcciones,
• con el Big Bang que ocurrió en todos los lugares al mismo tiempo,
Existe una relación única entre la edad del universo y su expansión a lo largo de la vida.
En otras palabras, si podemos medir cómo se expande el Universo hoy, y cómo se expandió a lo largo de la vida, calcularemos con precisión en qué componentes consiste. Lo sabemos por muchas observaciones diferentes, a saber:
• Desde mediciones directas de brillo y distancias hasta objetos del Universo como estrellas, galaxias y supernovas, que nos permiten construir una escalera espacial de distancias.
• A partir de mediciones de estructuras a gran escala, cúmulos de galaxias y oscilaciones acústicas bariónicas.
• Por fluctuaciones en la radiación de fondo, en una "fotografía" del Universo tomada cuando tenía 380,000 años.
Combinando todo esto, obtenemos el Universo, que actualmente consta de 68% de energía oscura, 27% de materia oscura, 4.9% de materia normal, 0.1% de neutrinos y 0.01% de radiación y, en general, eso es todo. Pero si agrega las características actuales de la expansión del Universo, puede extrapolarse nuevamente y descubrir toda la historia de la expansión y, por lo tanto, la edad del Universo.
El número resultante, más exactamente, nos da el experimento de Planck, pero otras fuentes, como las mediciones de supernovas, el telescopio Hubble y el levantamiento digital del cielo Sloan, hacen sus correcciones: resulta ser 13.81 mil millones de años, con un error de solo 120 millones de años. Esto significa que a la edad del Universo estamos 99.1% seguros, ¡lo cual es sorprendentemente preciso!
Sí, tenemos muchos datos diferentes que indican este número, pero de hecho este es un método. Tuvimos la suerte de que haya una imagen coherente a la que apuntan todos los datos, pero cada una de estas limitaciones individualmente no es suficiente para decir: "El universo es solo eso". En cambio, todos ofrecen una gama de posibilidades, y el lugar donde se cruzan nos dice dónde vivimos.
Si el Universo de hoy tuviera exactamente las mismas propiedades, pero consistiría en el 100% de la materia normal, sin materia oscura y energía oscura, entonces tendría solo 10 mil millones de años. Si el Universo tuviera un 5% de materia normal (sin materia oscura y energía oscura), y la constante de Hubble fuera igual a 50 km / s / Mps en lugar de 70 km / s / Mps, entonces el Universo tendría 16 mil millones de años. Pero, combinando todos los datos conocidos, podemos decir con confianza que 13.81 mil millones de años es la edad del Universo con un pequeño error. Este es un logro asombroso de la ciencia.
Y todo esto en general da un método. Este es el método principal, mejor y más completo, con una gran cantidad de evidencia diversa. Pero hay otro hecho sorprendentemente útil para verificar nuestros resultados.
El parpadeo de las estrellas es una prueba de su variabilidad debido a la relación única entre el período de parpadeo y el brillo.Este es un hecho de nuestra comprensión de cómo las estrellas viven, queman combustible y mueren. Más específicamente, sabemos que todas las estrellas, cuando están vivas y queman su combustible principal (sintetizar helio a partir de hidrógeno), tienen un cierto brillo y color, y retienen este brillo y color durante un cierto período de tiempo: hasta que el combustible comienza a agotarse en sus núcleos .
En este momento, las estrellas brillantes, azules y más masivas comienzan a "apagarse" de la secuencia principal (una curva en el diagrama de color y tamaño), convirtiéndose en gigantes y / o supergigantes.
Al observar dónde se encuentra este punto de "cierre" para los cúmulos de estrellas que aparecieron aproximadamente al mismo tiempo, podemos calcular, sabiendo cómo funcionan las estrellas, qué edad tienen las estrellas en el cúmulo. Teniendo en cuenta los cúmulos globulares más antiguos, que contienen los elementos menos pesados, y cuyas paradas se producen con las estrellas de la masa más pequeña, encontramos que su edad es muy constante igual a 13,2 mil millones de años, pero no más (tenga en cuenta que esto caso, el error es bastante grande, alrededor de mil millones de años).
La edad de los cúmulos globulares más antiguos conocidos llega al 95% del universo.Muy a menudo hay una edad de 12 mil millones de años, pero nunca se encuentran edades del orden de 14 mil millones de años y más, aunque en la década de 1990 a menudo se mencionaban edades de 14-16 mil millones de años. Mejorar la comprensión de cómo funcionan las estrellas y su evolución ha reducido estos números.
En general, tenemos dos métodos, uno de la historia espacial y el segundo de medición de estrellas locales, que muestran que la edad de nuestro universo está en el rango de 13 a 14 mil millones de años. Nadie se sorprendería si tuviéramos 13.6 mil millones o 14.0 mil millones, pero se puede afirmar con gran precisión que no tenemos 13.0 o 15.0 mil millones de años. Hable con confianza de que tenemos 13.800 millones de años, ¡ahora sabe cómo lo calculamos!