Âge de l'univers

L'âge de l' univers est le temps écoulé entre le Big Bang à nos jours. Les observations actuelles suggèrent que ce est à propos de 13,73 milliard d'années, avec une incertitude d'environ 120 millions d'années.

Explication

Le Modèle de concordance Lambda-CDM décrit l'évolution de l'univers à partir d'un très uniforme, chaud, état primordial dense à son état actuel sur une période d'environ 13,7 milliards années de temps cosmologique. Ce modèle est bien entendu théoriquement et fortement soutenue par les récents de haute précision des observations astronomiques tels que WMAP. En revanche, les théories de l'origine de l'état primordial restent très spéculative. La théorie dominante, l'inflation , ainsi que la récente ekpyrotique scénario, suggèrent que le cosmos Big Bang que nous observons peuvent être une partie d'un univers plus vaste avec très différentes propriétés physiques et avec une histoire remontant à plus de 13,7 milliards d'années. Il ne est pas encore clair si ces idées sont testables, même en principe.

Si l'on extrapole le modèle Lambda-CDM arrière dès le plus jeune État bien compris, il est rapidement (dans une petite fraction de seconde) atteint une mathématique singularité appelée la «singularité Big Bang." Cette singularité ne est pas considéré comme ayant une signification physique, mais il est commode de citer temps mesurés "depuis le Big Bang," même se ils ne correspondent pas à un temps mesurable physiquement. Par exemple, "10 ^{-6 secondes} après le Big Bang" est une époque bien définie dans l'évolution de l'univers. Dans un sens, il serait plus utile de se référer à la même époque que "13,7 milliards années il ya moins ^-6 secondes 10," mais ce est impossible puisque ce dernier intervalle de temps est submergé par l'incertitude dans l'ancien.

Bien que l'univers pourrait en théorie avoir une plus longue histoire, les cosmologistes utiliser actuellement "âge de l'univers» signifie la durée de l'expansion Lambda-CDM, ou de manière équivalente le temps écoulé depuis le Big Bang.

Limites d'observation sur l'âge de l'univers

Depuis l'univers doit être au moins aussi vieux que la plus ancienne chose, il ya un certain nombre d'observations qui a mis une limite inférieure de l'âge de l'univers. Il se agit notamment de la température des plus cool des naines blanches , et de la point de déviation des naines rouges .

Age en fonction de paramètres cosmologiques

L'âge de l'univers peut être déterminée par la mesure de la constante de Hubble aujourd'hui et extrapolation dans le temps avec la valeur observée de paramètres de densité (Ω). Avant la découverte de l'énergie sombre, on a cru que l'univers a été dominée par la matière, et ainsi de Ω sur ce graphique correspond à . Notez que le univers accélération a le plus grand âge, tandis que le Big Crunch univers a le plus petit âge.

La valeur du facteur de correction de l'âge est représenté en fonction de deux paramètres cosmologiques: la densité de courant de la matière fractionnée et la densité constante cosmologique . Le les valeurs de meilleur ajustement de ces paramètres sont affichés par la boîte en haut à gauche; l'univers dominée par la matière est représenté par l'étoile en bas à droite.

Le problème de la détermination de l'âge de l'univers est étroitement liée au problème de la détermination des valeurs des paramètres cosmologiques. Aujourd'hui, ce est en grande partie réalisée dans le cadre de la ΛCDM modèle, où l'Univers est supposé contenir normale (baryonique) question, le froid de la matière noire , rayonnement (y compris les deux photons et neutrinos), et un constante cosmologique. La contribution de chaque fraction de la densité d'énergie actuel de l'univers est donnée par la paramètres de densité , Et . La pleine ΛCDM modèle est décrit par un certain nombre d'autres paramètres, mais aux fins du calcul de son âge ces trois, en même temps que le paramètre Hubble sont les plus importants.

Si l'on a des mesures précises de ces paramètres, l'âge de l'univers peut être déterminée en utilisant le Équation de Friedmann. Cette équation concerne le taux de variation de la facteur d'échelle à la teneur en matière de l'Univers. Tourner autour de cette relation, nous pouvons calculer la variation dans le temps par changement de facteur d'échelle et ainsi calculer l'âge total de l'univers en intégrant cette formule. L'âge est alors donnée par une expression de la forme, où la fonction ne dépend que de la contribution fractionnée pour le contenu énergétique de l'Univers qui vient de divers composants. La première observation que l'on peut faire à partir de cette formule, ce est que ce est le paramètre de Hubble qui contrôle que l'âge de l'univers, avec une correction découlant du contenu de matière et d'énergie. Donc, une estimation approximative de l'âge de l'univers vient de l'inverse du paramètre de Hubble,

Pour obtenir un nombre plus précise, le facteur de correction doit être calculé. En général cela doit être fait numériquement, et les résultats pour une gamme de valeurs de paramètres cosmologiques sont présentés dans la figure. Pour le WMAP (valeurs , ) = (0.266,0.732), représentée par la case dans le coin supérieur gauche de la figure, ce facteur de correction est près d'un: . Pour un univers plat sans constante cosmologique, montré par l'étoile dans le coin inférieur droit, est beaucoup plus petit et donc l'univers est plus jeune pour une valeur fixe du paramètre Hubble. Pour faire de cette figure, est maintenue constante (à peu près équivalente à la détention du CMB température constante) et le paramètre de densité de courbure est fixé par la valeur des trois autres.

Le Wilkinson Microwave Anisotropy Probe ( WMAP) a contribué à établir un âge précis de l'Univers, mais d'autres mesures doivent être pliées pour gagner un nombre précis. CMB mesures sont très bons à contraindre la teneur en matière et le paramètre de courbure . Il ne est pas aussi sensible à directement, en partie parce que la constante cosmologique ne devient importante à basse redshift. Les déterminations les plus précises du paramètre Hubble viens de Supernovae de type Ia. La combinaison de ces mesures conduit à la valeur généralement acceptée pour l'âge de l'univers cité plus haut.

La constante cosmologique rend l'univers "plus" pour les valeurs fixes des autres paramètres. Ceci est important, car avant la constante cosmologique est devenu généralement accepté, le modèle du Big Bang avait du mal à expliquer pourquoi les amas globulaires dans la Voie Lactée semblent être beaucoup plus vieux que l'âge de l'univers tel qu'il est calculé à partir du paramètre Hubble et un univers de matière seulement . Présentation de la constante cosmologique permet l'univers d'être plus vieux que ces groupes, ainsi que pour expliquer caractéristiques autres que le modèle cosmologique matière seule ne pouvait pas.

Age basée sur WMAP

NASA s ' Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) projet estime l'âge de l'univers soit:

(13,73 ± 0,12) × 10 ⁹ années.

Ce est, l'univers est d'environ 13,73 milliard ans, avec une incertitude de 120 millions d'années. Toutefois, cet âge est fondée sur l'hypothèse que le modèle sous-jacent du projet est correcte; d'autres méthodes d'estimation de l'âge de l'univers pourraient donner des âges différents. En supposant un fond supplémentaire de particules relativistes, par exemple, peut agrandir les barres d'erreur de la contrainte par WMAP un ordre de grandeur.

Cette mesure est effectuée en utilisant l'emplacement de la première crête acoustique dans le rayonnement de fond spectre de puissance pour déterminer la taille de la surface de découplage (taille de l'univers au moment de recombinaison). Le temps de Voyage de lumière à cette surface (en fonction de la géométrie utilisée) donne un âge fiable pour l'univers. En supposant que la validité des modèles utilisés pour déterminer cet âge, l'exactitude résiduelle donne une marge d'erreur près de un pour cent.

Ce est la valeur actuellement le plus cité par les astronomes.

Assomption de prieurs forts

Calcul de l'âge de l'univers est seulement une précision si les hypothèses intégrées aux modèles utilisés pour estimer sont également précis. Ceci est désigné sous le nom de prieurs forts et consiste essentiellement à dépouiller les erreurs potentielles dans d'autres parties du modèle pour rendre l'exactitude des données d'observation réels directement dans le résultat conclu. Bien que ce ne est pas une procédure valable dans tous les contextes (comme indiqué dans l'opposition d'accompagnement: "fondée sur le fait que nous avons pris le modèle sous-jacent, nous avons utilisé est correct»), l'âge donné est donc exact de l'erreur spécifiée (depuis cette erreur représente l'erreur dans l'instrument utilisé pour recueillir l'entrée de données brutes dans le modèle).

L'âge de l'univers sur la base du "meilleur ajustement" aux données WMAP "seulement" est 13,69 ± 0,13 Gyr (le nombre légèrement plus élevé de 13,73 comprend d'autres données mélangés dans). Ce nombre représente la première mesure précise «direct» de l'âge de l'univers (autres méthodes impliquent généralement la loi de Hubble et l'âge des plus vieilles étoiles dans les amas globulaires, etc). Il est possible d'utiliser différentes méthodes pour déterminer le même paramètre (dans ce cas - l'âge de l'univers) et arriver à des réponses différentes sans chevauchement dans les "erreurs". Pour éviter le mieux le problème, il est courant de montrer deux ensembles d'incertitudes; une relative à la mesure proprement dite et l'autre est associée à des erreurs systématiques du modèle utilisé.

Un élément important à l'analyse des données utilisées pour déterminer l'âge de l'univers (par exemple de WMAP) est donc d'utiliser un L'analyse statistique bayésienne, qui normalise les résultats basés sur les prieurs (ie le modèle). Ceci permet de quantifier l'incertitude de la précision d'une mesure en raison d'un modèle particulier utilisé.