Au trecut exact 13,8 miliarde de ani de când a avut loc Big Bang-ul. Dar cum de s-a ajuns la această cifră? Care sunt descoperirile științifice, care sugerează această vechime a Universului?
- Oamenii de știință afirmă cu încredere că au trecut 13,8 miliarde de ani de la Big Bang, cu o incertitudine de mai puțin de 1%.
- Există două metode de calcul atunci când vine vorba despre vârsta Universului.
- Ambele metode indică aceeași cifră.
Unul dintre cele mai interesante fapte despre Univers este că îi știm vârsta. Are 13,8 miliarde de ani. Dacă am putea face un pas înapoi în timp, am descoperi că universul așa cum îl știm a fost un loc foarte diferit la începuturile sale.
Stelele și galaxiile moderne pe care le vedem astăzi provin dintr-o serie de fuziuni gravitaționale ale obiectelor cu masă mai mică. În primele etape, nu existau stele sau galaxii. Specialiștii, care studiază Universul timpuriu, susțin că acesta are o vechime de 13,8 miliarde de ani, iar această cifră are o marjă de eroare de doar 1%. Dar cum au ajuns oamenii de știință la această concluzie?
Cum s-a stabilit că Big Bang-ul a avut loc acum 13,8 miliarde de ani?
Există două moduri de a măsura vârsta Universului/, și ambele sunt compatibile cu această figură. Iată cum știm cât timp a trecut de la Big Bang.
Primul mod în care estimăm vârsta Universului este de fapt cel mai bun. Totul a început în anii 1920, când s-a descoperit pentru prima dată expansiunea Universului. În fizică, dacă puteți descoperi ecuațiile care guvernează sistemul vostru – adică ecuațiile care vă spun cum evoluează sistemul vostru în timp – atunci tot ce trebuie să știți este ce face acel sistem în orice moment special în timp și îl puteți evolua cât mai departe în trecut sau viitor, după cum doriți. Atâta timp cât atât legile fizicii, cât și conținutul sistemului nu se schimbă, veți obține o estimare corectă.
În astrofizică și cosmologie, regulile care guvernează universul în expansiune provin din rezolvarea relativității generale pentru un univers care este, în medie, umplut cu cantități egale de „lucruri” peste tot și în toate direcțiile.
Este numit un univers care este atât omogen, adică la fel peste tot, și izotrop, ceea ce înseamnă că există aceleași lucruri în toate direcțiile. Ecuațiile obținute se numesc ecuațiile Friedmann (după Alexander Friedmann, care le-a derivat pentru prima dată), care există de 99 de ani: din 1922.
Aceste ecuații vă spun că un univers plin de „lucruri” trebuie fie să se extindă, fie să se contracte. Modul în care rata de expansiune (sau contracție) se schimbă cu timpul depinde doar de două lucruri:
- cât de repede este această rată la un moment dat, cum ar fi astăzi
- ceea ce, exact, universul este umplut în acel moment special
Pe baza acestor constante s-a ajuns la concluzia că Universul are o vechime de 13,8 miliarde de ani. De asemenea, există posibilitatea ca el să aibă o vechime și de 13,7 miliarde de ani sau chiar de 13,9 miliarde de ani. Dar nu poate fi nici mai vechi de atât și nici mai tânăr.
Metoda #2: măsurarea vârstelor celor mai vechi stele
Iată o afirmație cu care probabil veți fi de acord: „dacă universul are 13,8 miliarde de ani, atunci ar fi bine să nu găsim stele în el care să fie mai vechi de 13,8 miliarde de ani”.
Problema cu această afirmație este că este foarte, foarte dificil să se stabilească vârsta oricărei stele din Univers.
Dacă putem măsura o stea suficient de precis – ceea ce putem face pentru majoritatea stelelor în câteva mii de ani-lumină în Calea Lactee – atunci se poate merge până la începuturile Universului.
Așa-numita stea Methuselah, de exemplu, este extrem de neobișnuită în multe feluri. Se estimează că are o vechime de aproximativ 14,5 miliarde de ani: cu aproximativ 700 de milioane de ani mai în vârstă decât vârsta universului. Dar această estimare vine împreună cu o incertitudine de aproape 1 miliard de ani, ceea ce înseamnă că ar putea fi foarte bine o stea veche, dar nu prea veche pentru estimările actuale.
În schimb, dacă vrem să facem măsurători mai precise, trebuie să ne uităm la cele mai vechi colecții de stele pe care le putem găsi: clustere globulare.
Fiecare roi globular este o colecție de multe stele, variind de la câteva zeci de mii până la multe milioane, iar fiecare stea va avea o culoare și o luminozitate: ambele proprietăți ușor măsurabile.
Când trasăm culoarea și magnitudinea fiecărei stele într-un cluster globular împreună, obținem o curbă deosebit de modelată care serpuiește din dreapta jos (culoare roșie și luminozitate scăzută) până în stânga sus (culoare albastră și luminozitate ridicată).
Iată care este lucrul cheie care face ca aceste curbe să fie atât de valoroase: pe măsură ce clusterul îmbătrânește, stelele mai masive, mai albastre, mai luminoase evoluează de pe această curbă, pe măsură ce au ars combustibilul nuclear al nucleului lor. Cu cât clusterul îmbătrânește mai mult, cu atât devine mai „gol” partea albastră, de înaltă luminozitate a acestei curbe.
Când observăm clustere globulare, constatăm că au o mare varietate de vârste, dar numai până la o valoare maximă: de 12 sau 13 miliarde de ani. Multe clustere globulare se încadrează în acest interval de vârstă, dar aici este partea importantă: nici unul nu este mai în vârstă de 13 miliarde de ani.
De la stelele individuale și populațiile stelare până la proprietățile generale ale universului nostru în expansiune, se poate obține o estimare a vârstei sale. Această estimare este 13,8 miliarde de ani.
Așadar, ambele metode de calcul a vârstei Universului, oferă același rezultat. Acesta este de 13,8 miliarde de ani, cu o marjă de eroare de doar 1%. Concluzia nu poate fi decât una singură. Aceasta este vechimea universului nostru. O cifră impresionantă, mai ales atunci când vine vorba despre viața noastră atât de scurtă! Cu siguranță că s-au întâmplat numeroase lucruri fascinante în tot acest timp, în acest Univers frumos.
