👵🏿 💰 📻 Demandez à Ethan n ° 99: Comment savons-nous l'âge de l'univers? 🕗 🕘 ♉️

La jeunesse est un don de la nature et la vieillesse est une œuvre d'art.
- Stanislav Jerzy Lets

Chaque semaine, notre blog met en avant les merveilles de l'univers. Vous avez la possibilité d'envoyer des questions et des suggestions à la rubrique hebdomadaire «Ask Ethan», et de temps en temps je choisis l'une des questions pour y répondre. La question d'aujourd'hui n'obtiendra pas seulement une réponse d'Ethan - elle sera posée par Ethan, seulement par le nom de Barbour, qui demande:

J'ai une question sur l'astronomie, en fait, ceci: combien de méthodes indépendantes existent pour mesurer l'âge de l'univers?

Je serais ravi de vous informer qu'il existe un grand nombre de ces méthodes, et qu'elles indiquent toutes un âge de 13,8 milliards d'années, tout comme il existe de nombreuses preuves de l'existence de la matière noire. Mais sur le corps, il n'y en a que deux, et l'un est bien meilleur que l'autre.

La «bonne» manière suggère de penser qu'à notre époque l'Univers se dilate et se refroidit, et de comprendre qu'il en résulte que dans le passé il était plus chaud et plus dense. Si nous revenons au passé, à des époques toujours plus anciennes, nous constaterons qu'avec un plus petit volume de l'Univers, les particules de matière qui s'y trouvaient étaient non seulement plus proches les unes des autres, mais aussi que les longueurs d'onde des photons étaient plus courtes, car l'expansion de l'Univers les a étirés à un tel état, dans lequel nous les voyons aujourd'hui.

Puisque la longueur d'onde d'un photon détermine son énergie et sa température, un photon avec une longueur d'onde plus courte est plus énergétique et plus chaud. En remontant dans le temps, nous voyons une augmentation de la température et, à un moment donné, nous atteignons les premières phases du Big Bang.

C'est important: il y a la «première» étape du Big Bang!

Si nous extrapolons sans fin, nous arrivons à une singularité où la physique cesse de fonctionner. Notre compréhension moderne des premières phases de l'Univers nous fait comprendre que le Big Bang a été précédé d'une phase d'inflation, et la durée de cet état n'est pas définie.

Parlant de l'âge de l'Univers, nous parlons du temps écoulé depuis que l'Univers a pu être décrit pour la première fois à travers le Big Bang chaud, et à ce jour.

Selon les lois de la Théorie Générale de la Relativité, dans notre Univers, dans lesquelles:
• la densité est uniforme sur les plus grandes échelles,
• les mêmes lois et propriétés générales s'appliquent partout,
• quelle que soit la direction choisie, tout est identique partout,
• le big bang s'est produit partout simultanément,

il existe un lien unique entre son âge et son expansion tout au long de sa vie.

En d'autres termes, après avoir réussi à mesurer comment l'Univers se développe maintenant et comment il s'est développé au cours de sa vie, nous apprendrons en quoi il consiste. Nous pouvons le découvrir à travers de nombreuses observations, notamment:

• Des mesures directes de la luminosité et de la distance aux objets de l'Univers, tels que les étoiles, les galaxies, les supernovae, ce qui nous permet de construire un escalier de distances cosmiques.

• Mesure de structures à grande échelle, d'amas de galaxies et d'oscillations acoustiques baryoniques.

• Mesure des fluctuations du CMB, une «photographie» de l'Univers prise à l'âge de 380 000 ans.

En mettant tout cela ensemble, nous obtenons l'Univers, qui se compose aujourd'hui de 68% d'énergie noire, 27% de matière noire, 4,9% de matière normale, 0,1% de neutrinos, 0,01% de rayonnement, et, en général, c'est tout.

Après avoir envisagé l'expansion actuelle de l'Univers, nous pourrons extrapoler dans le temps, découvrir l'histoire de son expansion et, par conséquent, son âge.

Le nombre résultant - le plus précisément du télescope Planck, mais complété par d'autres sources, par exemple, la mesure des supernovae, un projet clé du télescope nommé d'après Hubble pour mesurer les distances intergalactiques et l'enquête céleste numérique de Sloan - nous obtenons que l'âge de l'univers aujourd'hui est de 13,81 milliards d'années avec une erreur de seulement 120 millions d'années. Cela signifie que nous sommes confiants dans l'âge de 99,1%, ce qui est très surprenant!

Oui, nous avons différents ensembles de données menant à cette conclusion, mais en fait, la méthode est la même. Nous avons simplement eu de la chance qu'il y ait une image cohérente sur laquelle ils pointent tous, mais en fait, aucune de ces limitations ne suffit à elle seule pour dire «c'est notre univers». Tous offrent un ensemble d'options, et seule leur intersection nous dit où nous vivons.

Si l'Univers avait les mêmes propriétés qu'aujourd'hui, mais qu'il s'agirait de matière normale à 100%, sans matière noire ni énergie noire, son âge ne devrait être que de 10 milliards d'années. Si l'Univers avait 5% de matière normale (sans matière noire ni énergie noire), et la constante de Hubble serait de 50 (km / s) / Mpc, et non 70 (km / s) / Mpc, alors l'Univers serait de 16 milliards ans. Mais une combinaison de toutes les propriétés exactes nous renseigne sur l'âge de 13,81 milliards d'années, avec une petite marge d'erreur. Et c'est une réalisation incroyable de la science.

Mais c'est une méthode. Il est le chef, le meilleur, le plus complet, et des montagnes de preuves le montrent. Il y en a un de plus, et il est très utile pour vérifier les résultats.

C'est que nous connaissons les particularités de la vie des étoiles, la combustion de leur carburant et leur mort. Plus précisément, nous savons que toutes les étoiles, lorsqu'elles sont vivantes et brûlent le combustible principal (effectuant la synthèse de l'hélium à partir de l'hydrogène), ont une luminosité et une couleur spécifiques, et elles conservent cette luminosité et cette couleur pendant un certain temps: jusqu'à ce que le combustible commence à s'épuiser dans leurs noyaux.

À ce moment, les étoiles les plus brillantes, bleues et les plus massives commencent à "s'éteindre" de la séquence principale (une ligne courbe dans le diagramme de taille de couleur ci-dessous), et se transforment en géants et supergiants.

Si nous trouvons ce point d'arrêt dans un amas d'étoiles qui s'est formé en même temps, nous pouvons découvrir - en sachant comment les étoiles fonctionnent - l'âge des étoiles dans l'amas. En regardant les plus anciens amas globulaires dans lesquels les plus petits éléments sont les plus petits, et dont les fermetures arrivent aux étoiles les moins massives, nous constatons que leur âge est successivement égal à environ 13,2 milliards d'années, et rien de plus. (Mais il y a une grave erreur d'un milliard d'années).

Les étoiles de 12 milliards d'années ou moins sont très courantes, mais personne n'a vu d'étoiles de 14 milliards d'années ou plus, bien que dans les années 1990, elles aient souvent mentionné 14 à 16 milliards d'années (une meilleure compréhension des étoiles et leur évolution ont réduit ces estimations) .

Ainsi, nous avons deux méthodes - une de l'histoire cosmique et une de la mesure des étoiles proches - montrant que l'âge de notre univers se situe entre 13 et 14 milliards d'années. Personne ne serait surpris si nous avions 13,6 ou 14,0 milliards d'années, mais pour nous avec une très grande précision, pas 13,0 ou 15,0 milliards d'années. Vous pouvez dire en toute sécurité l'âge de 13,8 milliards d'années - et maintenant vous savez pourquoi!

Demandez à Ethan n ° 99: Comment savons-nous l'âge de l'univers?

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