Desde el siglo XVIII, los astrónomos se preguntaban sobre la edad de diferentes objetos en el universo, como la Tierra; los cometas o las estrellas percibidas en el cielo. Algún tiempo después, surgirá esta pregunta sobre el universo mismo. Hoy, los cosmólogos logran determinar un valor preciso de la edad del universo a través de diferentes observaciones.
La edad del universo se define por el modelo cosmológico estándar, el modelo Λ-CDM (pronunciado lambda-CDM), como el tiempo transcurrido desde el Big Bang. Numerosos experimentos y misiones de observación han contribuido a proporcionar datos que permiten a los científicos establecer con precisión esta duración. Estos datos hoy dan una edad de 13,799 ± 0.021 billones de años.
Aparición y evolución del concepto de edad del universo.
Durante el siglo XIX, así como en la primera década del siglo XX, los científicos se adhieren al modelo de universo estacionario y eterno, es decir, un universo inmutable, sin ninguna variación notable en la escala. cosmológica. Debemos esperar el desarrollo de conceptos termodinámicos, y especialmente el de entropía; para que los físicos comiencen a admitir la posibilidad de una edad finita. De hecho, de acuerdo con la termodinámica, si el universo fuera eterno; la misma temperatura reinaría en todos los puntos y ningún objeto podría haberse formado.
En 1917, después de publicar su trabajo sobre relatividad general en 1915, Albert Einstein modificó sus ecuaciones para agregar una constante cosmológica, con el fin de mantenerse consistente con un modelo de universo estacionario. Pero en 1922 y nuevamente en 1927;los trabajos de los cosmólogos Alexander Friedmann y Georges Lemaître, basados en las ecuaciones de Einstein, darán al padre equivocado de la relatividad, rechazando la hipótesis estacionaria y demostrando que el universo está necesariamente en peligro. Contracción o expansión. Arthur Eddington dará el golpe de gracia al mostrar explícitamente la inestabilidad de un universo estacionario.
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Los primeros indicios de una era del universo finito provienen de las observaciones de los astrónomos Vesto Slipher y Edwin Hubble (1929), destacando la recesión de las galaxias y, por lo tanto, el fenómeno de expansión del universo, rechazando definitivamente el hipótesis del universo estático. Para establecer la primera estimación de la edad del universo, Hubble consideró que todos los objetos habían comenzado a alejarse del mismo punto y; por lo tanto, calculó un primer valor. Esto resultó ser demasiado bajo, ya que el astrónomo eligió distancias entre galaxias más débiles que las informadas por las siguientes observaciones.
El astrónomo estadounidense Allan Sandage da en 1958, el primer valor relativamente preciso de la constante de Hubble, es decir, el valor de la tasa de expansión del universo, es decir, H = 75 km / s / Mpc (uno valor muy cercano al admitido hoy). Este valor le permite a Sandage calcular una edad del universo igual a 13 mil millones de años. Sin embargo, en este momento, los modelos estelares consideran que la edad de las estrellas más antiguas puede alcanzar los 25 mil millones de años, Sandage luego cuestiona sus cálculos.
En 1965, los físicos A. Penzias, R. Wilson, R. Dicke, J. Peebles y D. Wilkinson, publican su trabajo sobre el fondo cósmico de microondas, poniendo fin a las pocas dudas que quedan sobre la expansión del universo. y definitivamente confirma los resultados de Sandage, mientras los refina a una edad más precisa. Las misiones WMAP (2001) y Planck (2009) posteriormente midieron la constante de Hubble y, por lo tanto, limitaron la edad del universo con una precisión sin precedentes.
Edad del universo: ¿cómo se define?
El Λ-CDM – modelo «Λ» que se refiere a la constante cosmológica y «CDM» que significa materia oscura fría, o materia oscura fría – es el modelo cosmológico estándar que describe la evolución del universo desde su estado primordial denso y cálido. hasta hoy.
Las ecuaciones de Einstein indican que el comienzo mismo del universo toma la forma de una singularidad inicial. Incluso si tal singularidad no tiene una existencia física tangible, ya que es solo un límite matemático de la relatividad general, el Big Bang tiene fama de comenzar en esta etapa.
Según el modelo Λ-CDM, la edad del universo es el tiempo transcurrido desde el Big Bang, la evolución del universo durante unos 13.800 millones de años. Para neutralizar la relatividad del tiempo de la relatividad general; esta duración se expresa en términos de tiempo cósmico.
El tiempo cósmico es el tiempo apropiado de un observador comobile para un universo homogéneo e isotrópico. En otras palabras, se puede definir como el momento adecuado de un observador fundamental y universal en reposo con respecto a la distribución homogénea e isotrópica de la materia. El tiempo de su repositorio comobile es el mismo que para todos los demás repositorios comobiles.
Todos los relojes de los observadores cómicos marchan al mismo ritmo. Todos observan los mismos valores con respecto a los parámetros cosmológicos: densidad de materia y energía, tasa de expansión, etc. La evolución del universo es, por lo tanto, idéntica para cada uno de ellos. Por lo tanto, la edad del universo es el tiempo cósmico desde el Big Bang.
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Las observaciones actuales tienen acceso solo a la parte observable del universo; ciertas hipótesis cosmológicas admiten una edad más importante del universo, el resto del universo no observable es teóricamente capaz de presentar una evolución más larga que nuestras observaciones Espectáculo del universo observable. La Unión Astronómica Internacional, por lo tanto, especifica que el término «edad del universo» corresponde solo al tiempo transcurrido desde el Big Bang en el universo observable.
Parámetros cosmológicos, constante de Hubble, enanas blancas y edad del universo
Las ecuaciones de Friedmann describen la evolución de un universo homogéneo e isotrópico, de acuerdo con diferentes parámetros llamados «parámetros cosmológicos». Los parámetros cosmológicos son cantidades determinadas por la observación involucrada en la descripción de un modelo cosmológico. Las ecuaciones de Friedmann, y más generalmente el modelo Λ-CDM, se basan en la contribución de la materia (bariónica y negra), la radiación y la constante cosmológica (energía oscura) a la densidad de energía total del universo. .
Junto con la constante de Hubble «H0», estos parámetros de densidad permiten determinar la edad del universo gracias al tiempo de Hubble. El tiempo de Hubble viene dado por la relación t0 = 1 / H0. El valor obtenido debe corregirse de acuerdo con los diferentes valores de los parámetros cosmológicos. Por lo tanto, cuanto más precisamente se miden la constante de Hubble y los parámetros cosmológicos, mayor es la precisión de la edad del universo. Por ejemplo, para H0 = 68 km / s / Mpc, 1 / H0 da 14,4 mil millones de años.
Los objetivos de las misiones de Planck y WMAP fueron determinar los valores de los diversos parámetros cosmológicos, así como el de la constante de Hubble. Para hacer esto; la misión WMAP (sonda de anisotropía de microondas de Wilkinson) utilizó la localización del primer pico acústico en el espectro de potencia del fondo cósmico de microondas para determinar el tamaño del universo en el momento de la recombinación (superficie de desacoplamiento) ). El tiempo de viaje de la luz a esta superficie permite establecer una edad bastante precisa del universo. WMAP permitió determinar una edad de 13,772 ± 0,059 mil millones de años (con una incertidumbre de más o menos 59 millones de años).
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Del mismo modo, la misión de Planck analizó las anisotropías (variaciones de temperatura) del fondo cósmico de microondas. Gracias a sus dos instrumentos ópticos; HFI (Instrumento de alta frecuencia) y LFI (Instrumento de baja frecuencia), el satélite lanzado en 2009 pudo mapear con precisión el fondo cósmico de microondas. Se colocaron restricciones precisas sobre los parámetros cosmológicos y se determinó un valor de 67.8 km / s / Mpc para la constante de Hubble. En combinación con otros datos externos, esto nos permitió calcular una edad del universo igual a 13,799 ± 0,021 mil millones de años.
Además de este método llamado «estándar», los cosmólogos también pueden determinar la edad del universo a través del método de las enanas blancas frías. Para hacer esto, los científicos observan los cúmulos globulares, es decir, los cúmulos estelares más antiguos del universo, incluidas las enanas blancas más frías dentro de ellos, porque son el Las estrellas más antiguas de estos cúmulos. Por lo tanto, la observación de tales estrellas proporciona información valiosa para restringir la edad del universo. En particular, permiten establecer un límite inferior para este último.
Sin embargo, estas estimaciones deben considerarse con precaución. De hecho, están subordinados a la validez de los modelos que los subyacen. Las mediciones realizadas por las misiones WMAP y Planck están condicionadas por los modelos teóricos de apreciación de los parámetros cosmológicos y la constante de Hubble; en los que se basan los instrumentos. El uso de modelos que incorporan diferentes descripciones de estos parámetros o que introducen hipótesis adicionales (la existencia de un fondo de partículas relativistas, por ejemplo) da resultados diferentes o incertidumbres más altas.
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