Autor original: Ethan Siegel
Probablemente ya hayas escuchado que el
universo comenzó con el Big Bang hace 13.800 millones de años y formó átomos,
estrellas, galaxias y, finalmente, planetas con la composición necesaria para
la aparición de la vida. Mirando lugares distantes del universo, también
miramos hacia atrás en el tiempo y, de alguna manera, gracias a las
posibilidades 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
exactamente la pregunta:
¿Cómo calculas este número en 13.800 millones de años?
En realidad, existen dos métodos diferentes
e independientes para medir esta cantidad, y aunque uno es mucho más preciso
que el otro, el menos exacto utiliza muchos menos supuestos.
Método 1
Un método más preciso sugiere pensar en el
hecho de que el universo se está expandiendo y enfriando, lo que significa que
en el pasado era más caliente y más denso. Si retrocedemos en el tiempo,
encontramos que, en el universo más pequeño, no solo toda la materia estaba más
cerca entre sí, sino que las longitudes de onda de todos los fotones eran más
cortas, ya que la expansión del universo los estiró a su estado actual.
Dado que la longitud de onda de un fotón
determina su energía y temperatura, el fotón de onda corta es más enérgico y
más caliente. Cuanto más retrocedamos en el tiempo, más alta 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 la
más antigua!
Si extrapolamos al pasado sin cesar,
llegaremos a una singularidad en la que la física deja de funcionar. Con
nuestra comprensión actual del estado temprano del universo, sabemos que el Big
Bang caliente y denso fue precedido por un estado de inflación y su duración
fue incierta. Cuando hablamos de la edad del universo, estamos hablando de
cuánto tiempo ha pasado desde que el universo pudo describirse por primera vez
a través de un Big Bang caliente.
Según las leyes de la Relatividad General,
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 sucedió 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, podemos
calcular exactamente de qué componentes está hecho. Sabemos esto por muchas
observaciones diferentes, a saber:
• Desde medidas directas de brillo y
distancias hasta objetos del universo como estrellas, galaxias y supernovas,
que nos permiten construir una escalera cósmica de distancias.
• A partir de mediciones de estructuras a
gran escala, cúmulos de galaxias y oscilaciones acústicas bariónicas.
• De las 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 está compuesto por un 68% de energía oscura, un 27%
de materia oscura, un 4,9% de materia normal, un 0,1% de neutrinos, un 0,01% de
radiación y, en general, todo. Pero si agregamos las características actuales
de la expansión del universo, esto se puede extrapolar hacia atrás y descubrir
la historia completa de la expansión y, por lo tanto, la edad del universo.
El número resultante, con mayor precisión
del experimento de Planck, pero otras fuentes, como las mediciones de
supernovas, el telescopio Hubble y el Sloan Sky Digital Survey, también nos
están haciendo ajustes: resulta ser 13.810 millones de años, con un error de
solo 120 millones de años. Esto significa que, con respecto a la edad del
universo, estamos 99.1% seguros, ¡lo cual es increíblemente preciso.
Sí, tenemos muchos datos diferentes que
indican este número, pero de hecho este es un método. Tenemos suerte de que
haya una imagen coherente a la que apuntan todos los datos, pero cada una de
estas restricciones por sí sola no es suficiente para decir: "Este es el
universo". En cambio, todos ofrecen un conjunto de posibilidades, y el
lugar donde vivimos está indicado por el lugar donde se cruzan.
Si el universo de hoy tuviera absolutamente
las mismas propiedades, pero consistiría en un 100% de materia normal, sin
materia oscura y energía oscura, entonces solo tendría 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 de 50 km / s / Mpc en lugar de 70 km /
s / Mpc, entonces el universo tendría 16 mil millones de años. Pero, combinando
todos los datos conocidos, podemos afirmar con seguridad que 13.810 millones de
años es la edad del universo con un pequeño error. Este es un logro asombroso
en la ciencia.
Y todo esto en su conjunto da un método.
Este es el método principal, mejor y más completo, con una gran cantidad de
evidencia diferente. Pero hay un hecho más que es sorprendentemente útil para
probar nuestros resultados.
Método 2
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| El centelleo de las estrellas es una prueba de su mutabilidad debido a la relación única entre el período de centelleo y el brillo. |
Es un hecho de nuestra comprensión de cómo
viven las estrellas, cómo queman su combustible y mueren. Más concretamente,
sabemos que todas las estrellas, cuando están vivas y queman su principal
combustible (sintetizando helio a partir del hidrógeno), tienen un cierto
brillo y color, y retienen este brillo y color durante un cierto período de
tiempo: hasta que se inician sus núcleos, quedando sin combustible.
En este punto, las estrellas más
brillantes, azules y masivas comienzan a "apagarse" de la secuencia
principal (la curva en el diagrama de color y magnitud), convirtiéndose en
gigantes y / o supergigantes.
Al observar dónde está este punto
"apagado" para un cúmulo de estrellas que apareció aproximadamente al
mismo tiempo, podemos calcular, sabiendo cómo funcionan las estrellas, qué edad
tienen las estrellas en el cúmulo. Al observar los cúmulos globulares más
antiguos, que contienen los elementos menos pesados, y cuyos cierres ocurren
con las estrellas de menor masa, encontramos que su edad es consistentemente
igual a 13,2 mil millones de años, pero no más (tenga en cuenta que este caso,
el error es bastante grande, del orden de mil millones de años).
 |
| Los cúmulos globulares más antiguos conocidos tienen alrededor del 95% de la edad del universo. |
La edad de 12 mil millones de años es
bastante común, pero las edades del orden de 14 mil millones de años o más
nunca ocurren, aunque en la década de 1990, a menudo se mencionaban edades de
14 a 16 mil millones de años. Una mejor comprensión de cómo funcionan las
estrellas y cómo evolucionan ha reducido estos números.
En general, tenemos dos métodos, uno de la
historia cósmica y el segundo de la medición de estrellas locales, que muestran
que la edad de nuestro universo está en el rango de 13 a 14 mil millones de
años. A nadie le sorprendería que tuviéramos 13.600 millones o 14.000 millones
de años, pero podemos decir con gran precisión que no tenemos 13.000 o 15.000
millones de años. Diga con confianza que tenemos 13.8 mil millones de años.
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