¿Cómo hemos predicho la edad del universo?

Rebobinando la física.

  • Estrellas más antiguas : es imperativo que las estrellas más antiguas de nuestro universo sean definitivamente más jóvenes que el universo mismo. Se estima que la estrella de Barnard, uno de nuestros vecinos más cercanos, y también una de las estrellas más antiguas del universo, tiene alrededor de 12 mil millones de años como máximo. Por otro lado, tales enanas rojas pueden vivir hasta billones de años; así que el simple hecho de que no hayamos descubierto estrellas de más de 14 mil millones de años sugiere que el universo tiene aproximadamente 14 mil millones de años.
  • Extrapolando la física : nuestro universo se está expandiendo, y esto se refleja en la ley de Hubble [1]. Rebobinando la expansión del universo en una singularidad, hemos predicho que la edad de nuestro universo será de [2] 13.799 [matemáticas] \ pm [/ matemáticas] 0.021 mil millones (10 [matemáticas] ^ 9 [/ matemáticas]) años. Esta extrapolación toma muchos factores como:
    • Variaciones en la densidad de la materia en el universo, a lo largo del tiempo.
    • Mediciones directas del brillo de las estrellas y las primeras galaxias.
    • Las medidas de agrupamiento de galaxias y oscilaciones acústicas bariónicas [3].
    • Radiación de fondo cósmica de microondas: denominada “foto de bebé del universo” a 380,000 años desde el Big Bang.

Ilustración: Una línea de tiempo que describe cómo “rebobinar” las leyes a la física de vuelta al Big Bang.

Fuente de la imagen : Forbes.

Notas al pie

[1] Ley de Hubble – Wikipedia

[2] [1502.01589] Resultados de Planck 2015. XIII Parámetros cosmológicos

[3] Oscilaciones acústicas bariónicas – Wikipedia

La edad del universo es el tiempo transcurrido después del Big Bang. Y hay diferentes formas de predecirlo. Discutiré solo dos de ellos.

  1. Es midiendo la edad de las antiguas rocas y estrellas. No puedes ser mayor de tu padre, ¿verdad? Entonces va con cualquier estrella o un trozo de roca cerca de su casa. La edad del universo siempre tendrá que ser mayor que la edad de cualquier cosa que encuentres y desde entonces los científicos han estado buscando estrellas y objetos cada vez más viejos. Por ejemplo, se ha encontrado hielo dentro de los glaciares que se remonta a 740,000 años de antigüedad en la Antártida. Aproximadamente todos los meteoritos tienen casi la misma edad radiométrica, 4.560 millones de años. Entonces, el sistema solar, incluida nuestra Tierra, tiene aproximadamente 4,560,000,000 años.

2. Y el método muy científico es el modelo de concordancia Lambda-CDM si seguimos las pautas de la teoría general de la relatividad.

El modelo de la materia oscura fría de Lambda es una parametrización del modelo cosmológico del Big Bang en el que el universo contiene una constante cosmológica, denotada por Lambda (associated), asociada con la energía oscura y la materia oscura fría (MDL). Es una de las teorías muy entendidas y está fuertemente respaldada por evidencias de la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP). WMAP midió los contrastes de temperatura en la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB). Las anisotropías se utilizaron para medir la geometría, el contenido y la evolución del universo; y para probar el modelo de Big Bang y la teoría de la inflación cósmica.

“La misión creó un mapa de cielo completo del CMB, con una resolución de 13 minutos de arco a través de la observación de múltiples frecuencias. El mapa requería la menor cantidad de errores sistemáticos, ningún ruido de píxeles correlacionado y una calibración precisa para garantizar una precisión de escala angular mayor que su resolución. El mapa contiene 3.145.728 píxeles y utiliza el esquema HEALPix para pixelizar la esfera. El telescopio también midió la polarización en modo E del CMB y la polarización en primer plano. Su vida útil fue de 27 meses; 3 para alcanzar la posición L2, 2 años de observación. ”- WIKI

Si extrapolamos el modelo Lambda-CDM hacia atrás desde el primer estado bien entendido, rápidamente alcanza una singularidad llamada “singularidad del Big Bang”.

La medida actual de la edad del universo es 13.799 ± 0.021 mil millones de años .

  • Gracias.

Evidencia que respalda la teoría del Big Bang y la era de nuestro universo:

  1. Existe una certeza razonable de que el universo tuvo un comienzo porque podemos determinar las edades máximas de los objetos celestes dentro del universo y compararlos con las edades de los objetos a varias distancias en todas las direcciones. Los objetos a grandes distancias corresponden a un tiempo más joven dentro del universo.
  2. Las galaxias parecen estar alejándose de nosotros a velocidades proporcionales a su distancia. Esta observación apoya la expansión del tiempo y el espacio dentro del universo y sugiere que anteriormente el universo tenía menos espacio-tiempo y la masa estaba más densamente compactada. Google: “Ley de Hubble”.
  3. El calor residual del evento Big Bang, llamado radiación de fondo cósmico de microondas (CMB), impregna el universo observable. Al medir esta radiación podemos determinar cuánto tiempo se ha enfriado el universo desde el evento Big Bang. Google: entropía universal
  4. Se cree que la abundancia de “elementos ligeros” (hidrógeno y helio) que se encuentran en el universo observable es compatible con el modelo Big Bang de nuestros orígenes.

La mejor información disponible indica que la edad del universo es de 13.7 mil millones de años. El telescopio Hubble ha ayudado a medir la edad del universo utilizando dos métodos diferentes. El primer método consiste en medir las velocidades y distancias de las galaxias. Debido a que todas las galaxias en el universo generalmente se están separando, inferimos que todas deben haber estado mucho más juntas en algún momento en el pasado (según la TEORÍA BIG BANG). Conocer las velocidades y distancias actuales a las galaxias, junto con la velocidad a la que el universo se está acelerando, nos permite calcular cuánto tiempo les llevó llegar a sus ubicaciones actuales. La respuesta es de unos 14 mil millones de años.

El segundo método consiste en medir las edades de los cúmulos estelares más antiguos. Los cúmulos de estrellas globulares que orbitan nuestra Vía Láctea son los objetos más antiguos que hemos encontrado y un análisis detallado de las estrellas que contienen nos dice que se formaron hace unos 13 mil millones de años. El buen acuerdo entre estos dos métodos muy diferentes es una señal alentadora de que nos estamos centrando en la verdadera edad del universo.

Para más detalles: La Era del Universo

Para empezar, la edad del universo solo puede ser una estimación aproximada.

Primero, tenemos que determinar qué tan lejos están varias estrellas y galaxias. La idea de la escalera es comenzar con objetos cercanos como estrellas. Podemos medir sus distancias usando un método llamado paralaje. En los años 90, un satélite llamado Hipparcos usaba paralaje para medir la distancia a miles de estrellas. Una vez que sepa qué tan lejos está una estrella, puede calcular qué tan brillante es esa estrella. Ahora que sabemos qué tan brillante es ese tipo de estrella, buscamos estrellas similares en otras galaxias y medimos el brillo aparente. Luego, a partir del brillo aparente, podemos usar nuestro conocimiento del brillo real para calcular la distancia, y esto nos da la distancia de la galaxia. Ahora que conocemos la distancia de la galaxia podemos calcular su brillo, y usar eso para estimar la distancia a otras galaxias similares, y así sucesivamente. A continuación, debemos determinar qué tan rápido van.

La velocidad de la galaxia se mide observando el espectro de luz proveniente de la galaxia distante. Las propiedades del espectro cambian debido al movimiento de la galaxia con respecto a la Tierra. En otras palabras, puede decir que el espectro contiene la información sobre el movimiento de la galaxia. El efecto Doppler se usa para determinar la velocidad de la galaxia.

Debes haber observado que el sonido del motor Horn of rail es diferente cuando se acerca en comparación con la situación cuando se aleja. Cuando el motor se acerca a usted, el sonido es más estridente (más agudo) en comparación con el alejamiento del motor porque la frecuencia del sonido aumenta a medida que la fuente se mueve hacia el observador y disminuye a medida que se aleja del observador. Esto se llama efecto Doppler .

El efecto Doppler también se observa para la luz. Cuando la fuente de luz se aleja del observador, la longitud de onda aumenta y la frecuencia disminuye. Dado que la luz roja tiene la mayor longitud de onda en el espectro visible, el aumento en la longitud de onda se interpreta como el desplazamiento de la longitud de onda hacia el extremo rojo del espectro. Por eso también se le llama desplazamiento al rojo . Las galaxias que se alejan de la Tierra aparecerán más rojas que su color real.

La velocidad de la galaxia está relacionada con el cambio en la longitud de onda de la luz por la siguiente relación:

(λ’-λ) / λ = v / c

Aquí, λ = longitud de onda en reposo, λ ‘= longitud de onda observada, c = velocidad de la luz, v = velocidad de la galaxia.

(λ’- λ) / λ también se llama shift de descanso. Luego,

la velocidad de la galaxia = desplazamiento al rojo x velocidad de la luz

Ahora que se conoce la velocidad de la galaxia (v) y la distancia (d), podemos determinar la (t). Esto se hace a través de la ecuación (t = v / d). El tiempo (t) es igual a la velocidad (v) dividida por la distancia (d). Recuerde que estos valores son todas aproximaciones tomadas de varias galaxias y mire fijamente para obtener números estimados.

Tendremos que trabajar con varios objetos cósmicos para el método que voy a describir (el único que conozco).

Primero, usamos uno de nuestros muchos métodos para calcular nuestra distancia desde un objeto distante (como una galaxia).

Luego, analizamos su espectro. Al comparar sus líneas espectrales con las que tenemos en la Tierra como referencia, podemos calcular la velocidad a la que el objeto se mueve relativamente a la Tierra (si esto no está claro para usted, verifique el “efecto doppler”).

Después de hacer esto para muchos objetos, hacemos un diagrama que representa su velocidad en relación con su distancia. El gráfico debería verse como una ecuación lineal.

Después de ajustar nuestros datos a un ajuste lineal, calculamos su gradiente. Esa es la “constante de Hubble”, que, cuando se invierte, es nuestro cálculo para la edad del universo.

Lo que hacemos (muy crudamente y en pocas palabras) es calcular la distancia de los objetos con respecto a nosotros y su velocidad relativa, y usarlos para calcular el tiempo que les tomó llegar a donde están, dada su velocidad. Esa es aproximadamente la edad del universo.

Hmmm … “predecir” es una palabra bastante extraña para usar en esta pregunta, ¿no crees?

Quiero decir, generalmente se requiere una predicción para ser sobre algún evento futuro, no algo tan lejano. 😉

En realidad, los términos “postdict” y “postdiction” se ven ocasionalmente para esta situación. Pero el término más común en inglés es “descifrar”. Esto se debe a que todo se resolvió con el tiempo, al examinar la abundante evidencia que el universo ha dejado atrás sobre su historia.

Para una buena introducción al tema, lea Age of the universe – Wikipedia. Si eso no es suficiente detalle para usted, tenga en cuenta las varias docenas de enlaces en la parte inferior de las páginas / sitios que proporcionan muchos más detalles.

No es algo que realmente pueda responderse en unas pocas docenas de palabras. La edad actualmente aceptada es el resultado de muchos estudios, que involucran principalmente evidencia que está ampliamente dispersa y, a menudo, mal conservada. Pero hay suficiente consistencia en todo eso que los investigadores confían bastante en los primeros decimales de la respuesta.

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