Você provavelmente já ouviu falar que o Universo começou com o Big Bang, 13,8 bilhões de anos atrás, e formou átomos, estrelas, galáxias e, finalmente, planetas com a composição necessária para o surgimento da vida. Olhando para os lugares remotos do Universo, também olhamos para o passado e, de alguma forma, graças às capacidades da física e da astronomia, calculamos não apenas como o Universo começou, mas também sua idade. Mas como sabemos quantos anos ela tem? Esta é a pergunta que o leitor nos faz:
Ethan, como esse número é estimado em 13,8 bilhões de anos? (Apenas explique em linguagem simples, por favor!)
De fato, existem dois métodos diferentes e independentes para medir essa quantidade e, embora um deles seja muito mais preciso que o outro, suposições menos precisas são usadas com menos precisão.
Um método mais preciso sugere pensar que o Universo está se expandindo e esfriando, o que significa que no passado era mais quente e denso. Se voltarmos no tempo, descobrimos que em um volume menor do Universo, não apenas toda a matéria estava localizada mais próxima uma da outra, como também os comprimentos de onda de todos os fótons eram mais curtos, uma vez que a expansão do Universo os estendia ao seu estado atual.
Como o comprimento de onda do fóton determina sua energia e temperatura, o fóton de ondas curtas é mais energético e quente. Quanto mais voltarmos no tempo, mais alta será a temperatura, até que em algum momento cheguemos aos estágios iniciais do Big Bang. Importante: o Big Bang quente teve um estágio que pode ser chamado de o mais antigo!
Se extrapolarmos para o passado indefinidamente, alcançaremos uma singularidade na qual a física deixa de funcionar. Com nossa compreensão atual do estado inicial do Universo, sabemos que o Big Bang quente e denso foi precedido por um estado de inflação e sua duração era incerta. Quando falamos sobre a idade do Universo, falamos sobre quanto tempo se passou desde a primeira vez que o Universo pôde ser descrito através do quente Big Bang.
De acordo com as leis da Teoria Geral da Relatividade, em um universo como o nosso:
• com a mesma densidade nas maiores escalas,
• com as mesmas leis e propriedades em todos os lugares,
• o mesmo em todas as direções,
• com o Big Bang que aconteceu em todos os lugares ao mesmo tempo,
existe uma relação única entre a idade do universo e sua expansão ao longo da vida.
Em outras palavras, se pudermos medir como o Universo se expande hoje e como se expandiu ao longo da vida, calcularemos com precisão quais componentes ele consiste. Sabemos disso de muitas observações diferentes, a saber:
• Desde medições diretas de brilho e distâncias até objetos do Universo, como estrelas, galáxias e supernovas, que nos permitem construir uma escada espacial de distâncias.
• Medições de estruturas de grande escala, aglomerados de galáxias e oscilações acústicas bariônicas.
• De flutuações na radiação de fundo, em uma “fotografia” do Universo tirada quando ele tinha 380.000 anos de idade.
Combinando tudo isso, obtemos o Universo, atualmente composto por 68% de energia escura, 27% de matéria escura, 4,9% de matéria normal, 0,1% de neutrinos e 0,01% de radiação e, em geral, isso é tudo. Mas se você adicionar os recursos atuais da expansão do Universo, ele poderá ser extrapolado e descobrir toda a história da expansão e, portanto, a era do Universo.
O número resultante - com mais precisão, o experimento de Planck nos fornece, mas outras fontes, como medições de supernovas, o telescópio Hubble e a pesquisa digital do céu de Sloan, fazem suas correções - é de 13,81 bilhões de anos, com um erro de apenas 120 milhões de anos. Isso significa que, na idade do Universo, temos 99,1% de certeza, o que é surpreendentemente preciso!
Sim, temos muitos dados diferentes indicando esse número, mas, na verdade, esse é um método. Tivemos a sorte de haver uma imagem consistente para a qual todos os dados apontam, mas cada uma dessas limitações individualmente não é suficiente para dizer: "O universo é exatamente isso". Em vez disso, todos eles oferecem uma gama de possibilidades, e o local onde eles se cruzam nos diz onde moramos.
Se o Universo hoje tivesse exatamente as mesmas propriedades, mas consistisse em 100% da matéria normal, sem matéria escura e energia escura, então teria apenas 10 bilhões de anos. Se o Universo tivesse 5% de matéria normal (sem matéria escura e energia escura), e a constante de Hubble fosse igual a 50 km / s / Mps em vez de 70 km / s / Mps, o Universo seria de 16 bilhões de anos. Mas, combinando todos os dados conhecidos, podemos dizer com confiança que 13,81 bilhões de anos é a idade do Universo com um pequeno erro. Esta é uma conquista incrível da ciência.
E tudo isso em geral fornece um método. Este é o método principal, melhor e mais completo, com uma enorme quantidade de várias evidências. Mas há outro fato surpreendentemente útil para verificar nossos resultados.
A oscilação das estrelas é uma prova de sua variabilidade devido à proporção única do período de oscilação em relação ao brilho.Este é um fato de nossa compreensão de como as estrelas vivem, queimam seu combustível e morrem. Mais especificamente, sabemos que todas as estrelas, quando estão vivas e queimam seu combustível principal (sintetizam hélio a partir do hidrogênio), têm certo brilho e cor e retêm esse brilho e cor por um certo período de tempo: até que o combustível comece a esgotar-se em seus núcleos .
Nesse momento, estrelas brilhantes, azuis e mais massivas começam a "desligar" da sequência principal (uma curva no diagrama de cores e tamanhos), transformando-se em gigantes e / ou super gigantes.
Observando onde esse ponto de desativação está localizado para os aglomerados de estrelas que apareceram aproximadamente ao mesmo tempo, podemos calcular - sabendo como as estrelas funcionam - qual a idade das estrelas no aglomerado. Considerando os aglomerados globulares mais antigos, que contêm os elementos menos pesados e cujas paralisações ocorrem com as estrelas de menor massa, descobrimos que sua idade é consistentemente igual a 13,2 bilhões de anos, mas não mais (lembre-se de que isso Nesse caso, o erro é bastante grande, cerca de um bilhão de anos).
A idade dos aglomerados globulares conhecidos mais antigos chega a 95% da idade do universo.Muitas vezes, há uma idade de 12 bilhões de anos, mas nunca são encontradas idades da ordem de 14 bilhões de anos e mais, embora na década de 1990 eles frequentemente mencionassem idades de 14 a 16 bilhões de anos. Melhorar a compreensão de como as estrelas funcionam e sua evolução reduziu esses números.
Em geral, temos dois métodos - um da história do espaço e o segundo da medição de estrelas locais - mostrando que a idade do nosso universo está na faixa de 13 a 14 bilhões de anos. Ninguém ficaria surpreso se tivéssemos 13,6 bilhões ou 14,0 bilhões, mas pode-se afirmar com grande precisão que não temos 13,0 ou 15,0 bilhões de anos. Fale com confiança que temos 13,8 bilhões de anos - agora você sabe como calculamos isso!