🥫 👩🏾‍🤝‍👩🏽 🛐 Pergunte a Ethan No. 99: Como sabemos a idade do universo? 🍄 🏁 👩🏾‍🤝‍👩🏻

A juventude é um dom da natureza, e a velhice é uma obra de arte.
- Stanislav Jerzy Deixa

Toda semana, nosso blog destaca as maravilhas do universo. Você tem a oportunidade de enviar perguntas e sugestões para a coluna semanal "Pergunte ao Ethan" e, de tempos em tempos, escolho uma das perguntas para respondê-la. A pergunta de hoje não só receberá uma resposta de Ethan - ela será perguntada por Ethan, apenas pelo nome de Barbour, que pergunta:

Eu tenho uma pergunta sobre astronomia, de fato, esta: quantos métodos independentes existem para medir a idade do universo?

Gostaria de informar que existem muitos desses métodos, e todos eles indicam uma idade de 13,8 bilhões de anos, assim como existem muitas evidências da existência de matéria escura. Mas no corpo existem apenas dois deles, e um é muito melhor que o outro.

O caminho “bom” sugere pensar que o Universo está se expandindo e esfriando em nosso tempo, e entender que daí resulta que, no passado, era mais quente e denso. Se voltarmos ao passado, em tempos cada vez mais antigos, descobriremos que, com um volume menor do Universo, as partículas de matéria não estavam apenas mais próximas umas das outras, mas também os comprimentos de onda dos fótons eram mais curtos, uma vez que a expansão do Universo os levava a esse estado, em que os vemos hoje.

Como o comprimento de onda de um fóton determina sua energia e temperatura, um fóton com um comprimento de onda menor é mais energético e quente. Voltando no tempo, vemos um aumento na temperatura e, em algum momento, chegamos às fases iniciais do Big Bang.

Isso é importante: há o estágio "mais antigo" do Big Bang!

Se extrapolamos sem parar, chegamos a uma singularidade em que a física para de funcionar. Nosso entendimento moderno das fases iniciais do Universo nos faz entender que o Big Bang foi precedido por uma fase de inflação, e a duração desse estado não está definida.

Falando sobre a idade do Universo, estamos falando sobre o tempo decorrido desde que o Universo foi possível pela primeira vez através da descrição do Big Bang, e até hoje.

De acordo com as leis da Teoria Geral da Relatividade, em nosso Universo, nas quais:
• a densidade é uniforme nas maiores escalas,
• as mesmas leis e propriedades gerais se aplicam a todos os lugares,
• independentemente da direção escolhida, tudo é igual em todos os lugares;
• O big bang aconteceu em todos os lugares simultaneamente,

existe uma conexão única entre sua idade e expansão ao longo de sua vida.

Em outras palavras, tendo conseguido medir como o Universo está se expandindo agora e como ele se expandiu ao longo de sua vida, aprenderemos o que ele consiste. Podemos descobrir através de muitas observações, incluindo:

• Medições diretas de brilho e distância a objetos do Universo, como estrelas, galáxias, supernovas, o que nos permite construir uma escada de distâncias cósmicas.

• Medição de estruturas em grande escala, aglomerados de galáxias e oscilações acústicas bariônicas.

• Medição de flutuações do CMB, uma “fotografia” do Universo, tirada com 380.000 anos de idade.

Juntando tudo, temos o Universo, que hoje consiste em 68% de energia escura, 27% de matéria escura, 4,9% de matéria normal, 0,1% de neutrinos, 0,01% de radiação e, em geral, isso é tudo.

Tendo considerado a expansão atual do Universo, poderemos extrapolar no tempo, descobrir a história de sua expansão e, portanto, a idade.

O número resultante - com mais precisão do telescópio Planck, mas complementado por outras fontes, por exemplo, a medição de supernovas, um projeto-chave do telescópio com o nome de Hubble para medir distâncias intergalácticas e a pesquisa celeste digital de Sloan - entendemos que a idade do universo hoje é de 13,81 bilhões de anos, com um erro de apenas 120 milhões de anos. Isso significa que estamos confiantes com 99,1% de idade, o que é muito surpreendente!

Sim, temos conjuntos de dados diferentes que levam a essa conclusão, mas, na verdade, o método é o mesmo. Tivemos a sorte de haver uma imagem coerente para a qual todos apontam, mas, na verdade, nenhuma dessas limitações é suficiente para dizer "este é o nosso universo". Todos eles oferecem um conjunto de opções e apenas a interseção nos diz onde moramos.

Se o Universo tivesse as mesmas propriedades de hoje, mas seria matéria 100% normal, sem matéria escura e energia escura, então sua idade teria que ser de apenas 10 bilhões de anos. Se o Universo tivesse 5% de matéria normal (sem matéria escura e energia escura), e a constante de Hubble seria de 50 (km / s) / Mpc, e não de 70 (km / s) / Mpc, então o Universo seria de 16 bilhões anos de idade. Mas uma combinação de todas as propriedades exatas nos diz sobre a idade de 13,81 bilhões de anos, com uma pequena margem de erro. E esta é uma incrível conquista da ciência.

Mas este é um método. Ele é o chefe, o melhor, o mais completo e as montanhas de evidências apontam para ele. Há mais um, e é muito útil para verificar os resultados.

É que conhecemos as peculiaridades da vida das estrelas, a queima de seu combustível e sua morte. Mais precisamente, sabemos que todas as estrelas, quando estão vivas e queimam o combustível principal (realizando a síntese de hélio a partir do hidrogênio), têm brilho e cor específicos e mantêm esse brilho e cor por um certo tempo: até que o combustível comece a esgotar-se em seus núcleos.

Nesse momento, as estrelas mais brilhantes, azuis e mais massivas começam a "desligar" da sequência principal (uma linha curva no diagrama de cores abaixo) e se transformam em gigantes e gigantes.

Se encontrarmos esse ponto de desligamento em um aglomerado de estrelas formado ao mesmo tempo, podemos descobrir - sabendo como as estrelas funcionam - a idade das estrelas no aglomerado. Olhando para os aglomerados globulares mais antigos, nos quais os menores elementos são os menores, e desligando-os com as estrelas menos massivas, descobrimos que a idade deles tem consistentemente aproximadamente 13,2 bilhões de anos e nada mais. (Mas há um erro grave de um bilhão de anos).

Estrelas com 12 bilhões de anos ou menos são muito comuns, mas ninguém viu estrelas com 14 bilhões de anos ou mais, embora na década de 90 elas frequentemente mencionassem 14-16 bilhões de anos (melhor entendimento das estrelas e sua evolução reduziu essas estimativas) .

Portanto, temos dois métodos - um da história cósmica e outro da medição de estrelas próximas - mostrando que a idade do nosso universo está entre 13 e 14 bilhões de anos. Ninguém ficaria surpreso se tivéssemos 13,6 ou 14,0 bilhões de anos, mas para nós com muita precisão, não 13,0 ou 15,0 bilhões de anos. Você pode dizer com segurança a idade de 13,8 bilhões de anos - e agora você sabe o porquê!

Pergunte a Ethan No. 99: Como sabemos a idade do universo?

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