🧚🏼 👼🏿 🐟 Tanyakan Ethan No. 99: Bagaimana kita mengetahui usia alam semesta? 🤚🏿 ♉️ 👩🏼‍🍳

Pemuda adalah karunia alam, dan usia tua adalah karya seni.
- Stanislav Jerzy Mari

Setiap minggu, blog kami menyoroti keajaiban alam semesta. Anda memiliki kesempatan untuk mengirim pertanyaan dan saran ke kolom mingguan "Tanyakan Ethan," dan dari waktu ke waktu saya memilih salah satu pertanyaan untuk menjawabnya. Pertanyaan hari ini tidak hanya akan mendapat jawaban dari Ethan - itu akan ditanyakan oleh Ethan, hanya dengan nama Barbour, yang bertanya:

Saya punya pertanyaan tentang astronomi, sebenarnya ini adalah: berapa banyak metode independen yang ada untuk mengukur usia alam semesta?

Saya ingin memberi tahu Anda bahwa ada banyak sekali metode semacam itu, dan semuanya menunjukkan usia 13,8 miliar tahun, seperti halnya ada banyak bukti untuk keberadaan materi gelap. Tetapi pada tubuh hanya ada dua, dan satu jauh lebih baik daripada yang lain.

Cara "baik" menyarankan berpikir bahwa Alam Semesta mengembang dan mendingin di zaman kita, dan untuk memahami bahwa ini mengikuti dari ini bahwa di masa lalu itu lebih panas dan lebih padat. Jika kita kembali ke masa lalu, pada masa-masa sebelumnya, kita akan menemukan bahwa dengan volume Semesta yang lebih kecil, partikel-partikel materi di dalamnya tidak hanya lebih dekat satu sama lain, tetapi juga panjang gelombang foton yang lebih pendek, karena perluasan Semesta membentangkannya ke keadaan seperti itu, di mana kita melihat mereka hari ini.

Karena panjang gelombang foton menentukan energi dan suhu, foton dengan panjang gelombang lebih pendek lebih energik dan panas. Kembali ke masa lalu, kita melihat kenaikan suhu, dan pada titik tertentu kita mencapai fase awal Big Bang.

Ini penting: ada tahap "Big Bang" paling awal!

Jika kita mengekstrapolasi kembali tanpa akhir, kita sampai pada singularitas di mana fisika berhenti bekerja. Pemahaman modern kita tentang fase-fase awal Semesta membuat kita memahami bahwa Big Bang didahului oleh fase inflasi, dan durasi negara ini tidak ditentukan.

Berbicara tentang usia Alam Semesta, kita berbicara tentang waktu yang berlalu sejak Alam Semesta pertama kali dapat digambarkan melalui Big Bang yang panas, dan hingga hari ini.

Menurut hukum Teori Relativitas Umum, di Semesta kita, di mana:
• kepadatannya seragam pada skala terbesar,
• hukum dan sifat umum yang sama berlaku di mana-mana,
• terlepas dari arah yang dipilih, semuanya sama di mana-mana,
• Sebuah ledakan besar terjadi di mana-mana secara bersamaan,

ada hubungan unik antara usianya dan ekspansi sepanjang hidupnya.

Dengan kata lain, setelah berhasil mengukur bagaimana Universe berkembang sekarang, dan bagaimana ia berkembang selama hidupnya, kita akan belajar apa itu terdiri. Kita dapat menemukan melalui banyak pengamatan, termasuk:

• Pengukuran langsung kecerahan dan jarak ke objek-objek Semesta, seperti bintang, galaksi, supernova, yang memungkinkan kita membangun tangga jarak kosmik.

• Pengukuran struktur skala besar, kluster galaksi, dan osilasi akustik baryon.

• Pengukuran fluktuasi CMB, sebuah "foto" Semesta yang diambil pada usia 380.000 tahun.

Menyatukan semuanya, kita mendapatkan Semesta, yang hari ini terdiri dari 68% energi gelap, 27% materi gelap, 4,9% materi normal, 0,1% neutrino, 0,01% dari radiasi, dan, secara umum, itu saja.

Setelah mempertimbangkan perluasan Alam Semesta hari ini, kita akan dapat memperkirakan kembali ke masa lalu, mencari tahu sejarah perluasannya, dan, oleh karena itu, bertambah umur.

Jumlah yang dihasilkan - paling akurat dari teleskop Planck, tetapi ditambah dengan sumber-sumber lain, misalnya, pengukuran supernova, proyek utama dari teleskop yang dinamai Hubble untuk mengukur jarak intergalaksi dan survei surgawi digital Sloan - kita mendapatkan bahwa usia alam semesta saat ini adalah 13,81 miliar tahun dengan kesalahan hanya 120 juta tahun. Ini berarti bahwa kami percaya diri di usia 99,1%, yang sangat mengejutkan!

Ya, kami memiliki kumpulan data berbeda yang mengarah ke kesimpulan ini, tetapi kenyataannya, metode ini sama. Kami hanya beruntung bahwa ada gambaran yang koheren yang mereka semua tunjukkan, tetapi pada kenyataannya, tidak satu pun dari keterbatasan ini cukup untuk mengatakan "ini adalah Semesta kita." Semua dari mereka menawarkan satu set opsi, dan hanya persimpangan mereka memberi tahu kita di mana kita tinggal.

Jika Semesta memiliki sifat yang sama seperti saat ini, tetapi ia akan terdiri dari 100% materi normal, tanpa materi gelap dan energi gelap, maka usianya hanya 10 miliar tahun. Jika Semesta memiliki 5% materi normal (tanpa materi gelap dan energi gelap), dan konstanta Hubble adalah 50 (km / d) / Mpc, dan bukan 70 (km / d) / Mpc, maka Semesta akan menjadi 16 miliar tahun. Tetapi kombinasi dari semua sifat yang tepat memberi tahu kita tentang usia 13,81 miliar tahun, dengan margin kesalahan yang kecil. Dan ini adalah pencapaian sains yang luar biasa.

Tetapi ini adalah salah satu metode. Dia adalah kepala, bukti terbaik, terlengkap, dan pegunungan menunjuk padanya. Ada satu lagi, dan ini sangat berguna untuk mengecek hasilnya.

Kita mengetahui kekhasan kehidupan bintang-bintang, pembakaran bahan bakar dan kematian mereka. Lebih tepatnya, kita tahu bahwa semua bintang, ketika mereka masih hidup dan membakar bahan bakar utama (melakukan sintesis helium dari hidrogen), memiliki kecerahan dan warna tertentu, dan mereka menahan kecerahan dan warna ini untuk waktu tertentu: sampai bahan bakar mulai habis di intinya.

Pada saat ini, bintang-bintang yang paling terang, biru, dan paling masif mulai "mati" dari urutan utama (garis melengkung pada diagram ukuran warna di bawah), dan berubah menjadi raksasa dan raksasa.

Jika kita menemukan titik matikan ini di gugusan bintang yang terbentuk pada saat yang sama, kita dapat mengetahui - mengetahui cara kerja bintang - usia bintang dalam gugus. Melihat gugus bola yang tertua di mana unsur terkecil adalah yang terkecil, dan penutupan yang terjadi pada bintang yang paling masif, kami menemukan bahwa usia mereka berturut-turut sama dengan sekitar 13,2 miliar tahun, dan tidak lebih. (Tapi ada kesalahan serius satu miliar tahun).

Bintang 12 miliar tahun atau kurang adalah sangat umum, tetapi tidak ada yang melihat bintang 14 miliar tahun atau lebih, meskipun pada 1990-an mereka sering menyebutkan usia 14-16 miliar tahun (peningkatan pemahaman bintang dan evolusi mereka mengurangi perkiraan ini) .

Jadi, kita memiliki dua metode - satu dari sejarah kosmik dan satu dari pengukuran bintang-bintang terdekat - menunjukkan bahwa usia alam semesta kita adalah antara 13 dan 14 miliar tahun. Tidak ada yang akan terkejut jika kita berusia 13,6 atau 14,0 miliar tahun, tetapi bagi kita dengan akurasi yang sangat tinggi, bukan 13,0 atau 15,0 miliar tahun. Anda dapat dengan aman mengatakan usia 13,8 miliar tahun - dan sekarang Anda tahu mengapa!

Tanyakan Ethan No. 99: Bagaimana kita mengetahui usia alam semesta?

More articles: