Idade do universo

A idade do universo é o tempo decorrido entre o Big Bang e os dias atuais. observações atuais sugerem que este é de cerca de 13,73 bilhão de anos, com uma incerteza de cerca de 120 milhões de anos.

Explicação

O Modelo de concordância Lambda-CDM descreve a evolução do universo a partir de um uniforme muito, quente, estado primordial densa ao seu estado presente ao longo de um período de cerca de 13,7 bilhões de anos de tempo cosmológico. Este modelo é bem compreendido e, teoricamente, fortemente apoiada pela alta precisão observações astronômicas recentes, como WMAP. Em contraste, as teorias da origem do estado primordial continuam a ser muito especulativa. A teoria dominante, a inflação , bem como a recente cenário ecpirótico, sugerem que o cosmos Big Bang que observamos pode ser uma parte de um universo maior, com muito diferentes propriedades físicas e com uma história que remonta mais de 13,7 bilhões de anos. Ainda não está claro se essas idéias são testáveis, mesmo em princípio.

Se um extrapola o modelo Lambda-CDM para trás desde a mais tenra estado bem entendido, que rapidamente (dentro de uma pequena fracção de segundo) atinge um matemático singularidade chamado de "singularidade do Big Bang." Esta singularidade não é considerado para ter qualquer significado físico, mas é conveniente citar os tempos são medidos "desde o Big Bang," mesmo que eles não correspondem a um tempo mensurável fisicamente. Por exemplo, "10 ^-6 segundo após o Big Bang" é uma época bem definida na evolução do universo. Em certo sentido, seria mais significativo para se referir à mesma época como "13700000000 ano menos 10 ^-6 segundos atrás", mas isso é inviável uma vez que o intervalo de tempo último é inundado pela incerteza no primeiro.

Embora o universo poderia, em teoria, tem uma história mais longa, os cosmólogos presentemente utilizar "idade do universo", para significar a duração da expansão Lambda-CDM, ou equivalentemente o tempo decorrido desde o Big Bang.

Limites observacionais sobre a idade do universo

Desde o universo deve ser pelo menos tão antiga quanto a coisa mais antiga nele, há uma série de observações que colocar um limite inferior para a idade do universo. Estes incluem a temperatura dos fresco anãs brancas , eo ponto de desvio das anãs vermelhas .

Age como uma função de parâmetros cosmológicos

A idade do universo pode ser determinada através da medição da constante de Hubble hoje e extrapolando para trás no tempo com o valor observado de parâmetros de densidade (Ω). Antes da descoberta de energia escura, acreditava-se que o universo foi assunto dominado, e assim por Ω neste gráfico corresponde a . Note-se que o acelerando universo tem a maior idade, enquanto o Big Crunch universo tem a menor idade.

O valor do fator de correção da idade é mostrado como uma função de dois parâmetros cosmológicos: a densidade de matéria fraccionada actual e densidade constante cosmológica . O valores de melhor ajuste desses parâmetros são mostrados pela caixa no canto superior esquerdo; o universo dominado pela matéria é mostrado pela estrela no canto inferior direito.

O problema de determinar a idade do Universo está intimamente ligada ao problema de determinar os valores dos parâmetros cosmológicos. Hoje em dia é amplamente esta realizada no contexto do ΛCDM modelo, onde o universo é assumida para conter (bariônica) a matéria normal, frio matéria escura , a radiação (incluindo ambos os fótons e neutrinos), e um constante cosmológica. A contribuição de cada fraccionada para a densidade de energia de corrente do universo é dada pela parâmetros de densidade , E . O completo ΛCDM modelo é descrito por uma série de outros parâmetros, mas para o propósito de calcular a sua idade estes três, juntamente com o parâmetro de Hubble são os mais importantes.

Se uma tem medições precisas destes parâmetros, em seguida, a idade do universo pode ser determinada usando o Equação Friedmann. Esta equação refere-se à taxa de alteração da fator de escala para o teor de matéria do Universo. Girando em torno dessa relação, podemos calcular a mudança no tempo, por mudança no fator de escala e, assim, calcular a idade total do universo por integrar esta fórmula. A idade é então dado por uma expressão do formulário, onde a função depende apenas da contribuição fracional para o conteúdo de energia do Universo que vem de vários componentes. A primeira observação que se pode fazer a partir desta fórmula é que é o parâmetro que controla Hubble que a idade do universo, com uma correcção decorrente do teor de matéria e energia. Assim, uma estimativa grosseira da idade do universo vem do inverso do parâmetro de Hubble,

Para obter um número mais exato, o fator de correção deve ser calculado. Em geral, este deve ser feita numericamente, e os resultados para um conjunto de valores de parâmetros cosmológicos são mostrados na figura. Para o Valores WMAP ( , ) = (0.266,0.732), mostrado pela caixa no canto superior esquerdo da figura, este factor de correcção é aproximadamente um: . Para um universo plano, sem qualquer constante cosmológica, mostrado pela estrela no canto inferior direito, é muito menor e, portanto, o universo é mais jovem por um valor fixo do parâmetro de Hubble. Para fazer esta figura, é mantida constante (aproximadamente equivalente a segurar a CMB temperatura constante) e o parâmetro de densidade curvatura é fixa pelo valor das outras três.

A Wilkinson Microwave Anisotropy Probe ( WMAP) foi instrumental no estabelecimento de uma idade exata do Universo, embora outras medidas deve ser dobrado em ganhar um número exato. CMB medições são muito bons em restringir o teor de matéria e parâmetro de curvatura . Não é tão sensível às diretamente, em parte porque a constante cosmológica só se torna importante em baixa redshift. As determinações mais precisas sobre o parâmetro de Hubble vir de Escreva supernovas Ia. Combinando estas medidas conduz ao valor geralmente aceite para a idade do universo citado acima.

A constante cosmológica faz com que o universo "mais velho" para valores fixos de outros parâmetros. Isso é significativo, uma vez que antes da constante cosmológica tornou-se geralmente aceite, o modelo do Big Bang tinha dificuldade em explicar por aglomerados globulares na Via Láctea parecia ser muito mais velha do que a idade do universo como calculado a partir do parâmetro de Hubble e um universo só de matéria . Apresentando a constante cosmológica permite que o universo a ser mais velhos do que esses agrupamentos, bem como explicar outras características que o modelo cosmológico só de matéria não podia.

Age com base em WMAP

NASA 's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) projeto estima a idade do universo a ser:

(13,73 ± 0,12) × 10 ⁹ anos.

Ou seja, o universo é de cerca de 13,73 bilhão anos de idade, com uma incerteza de 120 milhões de anos. No entanto, esta idade é baseado na suposição de que o modelo subjacente ao projecto é correcta; outros métodos para estimar a idade do universo poderiam dar diferentes idades. Assumindo um fundo adicional de partículas relativistas, por exemplo, pode ampliar as barras de erro da restrição WMAP por uma ordem de magnitude.

Esta medição é feita usando a localização do primeiro pico acústica no fundo microondas espectro de potência para determinar o tamanho da superfície de desacoplamento (tamanho do universo no momento de recombinação). O tempo de percurso da luz para esta superfície (dependendo da geometria usada) produz uma idade de confiança para o universo. Assumindo que a validade dos modelos utilizados para determinar esta idade, a precisão residual origina uma margem de erro de um por cento perto.

Este é o valor atualmente mais citado pelos astrônomos.

Assunção de priores fortes

Calculando a idade do universo é de apenas precisas se os pressupostos embutidos os modelos que estão sendo usados para estimar também são precisos. Isto é referido como priores fortes e envolve essencialmente tirando os erros potenciais em outras partes do modelo para renderizar a precisão dos dados observacionais reais diretamente no resultado concluiu. Embora este não é um procedimento válido em todos os contextos (como observado no ressalva que o acompanha: "baseado no fato de que assumimos o modelo subjacente que usamos é correto"), a idade é dada assim precisas para o erro especificado (uma vez que este erro representa o erro do instrumento utilizado para coletar dados de entrada para o modelo).

A idade do universo com base no "melhor ajuste" para os dados do WMAP "apenas" é 13,69 ± 0,13 Gyr (o número ligeiramente maior de 13,73 inclui alguns outros dados misturados). Este número representa a primeira medição precisa da idade do universo "direta" (outros métodos normalmente envolvem a lei de Hubble e idade das estrelas mais antigas de aglomerados globulares, etc). É possível a utilização de métodos diferentes para a determinação do mesmo parâmetro (neste caso - a idade do universo) e chegar a conclusões diferentes sem sobreposição nos "erros". Para melhor evitar o problema, é comum para mostrar dois conjuntos de incertezas; um relacionado com a medição real e outra relacionada com os erros sistemáticos do modelo a ser utilizado.

Um componente importante para a análise dos dados usados para determinar a idade do universo (por exemplo, a partir de WMAP), portanto, é a utilização de um A análise estatística Bayesiana, que normaliza os resultados com base nos antecedentes (ou seja, o modelo). Este quantifica qualquer incerteza na precisão de uma medição devido a um modelo específico usado.