El universo no se avergüenza de revelar su edad. Existen numerosos caminos que nos permiten saber cuánto tiempo ha pasado desde el Big Bang hasta la actualidad.
Se estima que, desde entonces, han pasado 13.400 millones de años, con un margen de error de 200 millones de años.
Un rango de incertidumbre que abarca cientos de millones de años no es poca cosa. Sin embargo, esta imprecisión está disminuyendo gracias a los temporizadores cósmicos cada vez más precisos.
Para saber la edad exacta del universo, aprovechamos que está en expansión, algo que sabemos desde hace casi un siglo.
Esta expansión produce fenómenos con números gigantescos. Por ejemplo, un objeto cercano a nuestra galaxia, el agujero negro Sagitario A*, se aleja a 80 000 km/s de uno de sus primos lejanos, OJ287.
Básicamente, esto le sucede a casi todos los agujeros negros del universo. Se están alejando unos de otros a la misma velocidad que sus galaxias anfitrionas.
Sin embargo, la confianza en los resultados científicos depende de la repetición de experimentos. Y eso es algo que el universo no permite.
Cómo medir el tiempo desde el Big Bang
Para compensar esta imposibilidad de repetir los experimentos, comparamos diferentes fuentes de datos. De esta forma pudimos afinar nuestros temporizadores cósmicos.
Pero, después de todo, ¿cómo podemos medir el tiempo transcurrido desde el Big Bang?
Nuestro dato fundamental es el factor Hubble. Esta es una cantidad de datos que representa el porcentaje promedio de crecimiento del universo a lo largo del tiempo. Imaginemos que podemos medir este crecimiento en sí mismo y también a qué ritmo se produjo. Combinando los dos factores, obtenemos el tiempo transcurrido en esta evolución. En otras palabras, tenemos un temporizador cósmico a mano.
Pero pongamos esta explicación en términos cotidianos. Un producto cosmético revolucionario promete hacer que las pestañas de una persona sean el doble de largas en solo 60 días. Siguiendo esta lógica, si aplicamos la sustancia y notamos que nuestras pestañas han crecido un 50%, eso significa que habrá pasado un mes desde el inicio de la aplicación, ¿correcto?
La respuesta, sin embargo, puede no ser tan simple. Si no aplicamos el producto diariamente de forma constante, el ritmo de crecimiento de las pestañas se ralentizará. Por lo tanto, deducimos que el tiempo de medición basado en el cambio de tamaño puede dar lugar a errores.
Necesitamos saber qué sucedió en el día a día para entender esta transformación. Esto es lo que llamamos controlar el experimento. Pero, ¿es este también un mal método para medir la edad del universo?
Cuando el universo era más joven que la tierra
En 1947, el físico George Gamow utilizó los datos del factor Hubble para estimar la edad del universo en 2500 millones de años. Poco después, los geólogos fecharon la edad de la Tierra en 4.500 millones. ¿Cómo podría el universo ser más joven que nuestro planeta?
Obviamente, la estimación de la edad del universo estaba equivocada. El problema era que no entendían muy bien cómo hacer este cálculo. Pero se sabía que la expansión normalmente disminuye la densidad de los componentes del universo. Y, según la naturaleza de cada uno de ellos, este proceso se da a ritmos diferentes.
En las primeras edades del universo, la radiación dominaba. Como la radiación se disipa muy rápidamente, fue reemplazada por materia oscura, ya que la densidad de este compuesto disminuye más lentamente.
Todo esto sigue lo descrito en las ecuaciones de Einstein. La naturaleza de la radiación y la materia oscura hace que el universo disminuya su velocidad. Esto quiere decir que, aunque en estas etapas también hubo expansión, el ritmo fue cada vez más lento.
Pero esa noción chocó con la evidencia encontrada en otros experimentos. En ellos, la tasa de expansión del universo iba en aumento.
La llegada de la energía oscura
Había un nuevo componente que reclamaba protagonismo en este proceso: la energía oscura.
Por una de estas coincidencias mágicas, los efectos de las diferentes etapas del universo se compensan. En otras palabras, el retraso original en la tasa de expansión fue compensado por la aceleración actual. Por lo tanto, es sensato adivinar la edad del universo directamente a través del factor de Hubble.
Reiteramos que en este tipo de trabajos es necesario medir incrementos de escala nada menos que en el propio universo. Para ello, aprovechamos que la expansión alarga la longitud de las ondas electromagnéticas que nos llegan desde las estrellas.
El efecto correspondiente se llama corrimiento al rojo. Esto se hace, por ejemplo, en espectroscopia utilizando extensos catálogos con patrones de intensidades y longitudes de onda. De esta manera, se identifican objetos que son prácticamente idénticos entre sí, pero diferentes al considerar las profundidades del universo.
Es importante tener en cuenta que cuanto más distantes estén comparativamente estos objetos, más se habrá estirado su luz. Por ejemplo, la luz roja que nos llega desde la galaxia más lejana conocida, GN-z11, es ultravioleta.
La base de los temporizadores cósmicos
Al calcular el desplazamiento de la luz roja de una galaxia distante, estimamos la expansión que ha tenido lugar desde el momento en que se emitió cada rayo de luz. Luego se repite el cálculo con una galaxia idéntica y se comparan los resultados.
El siguiente paso es promediar esta diferencia de expansión en el intervalo de tiempo correspondiente. Y esa ventana temporal será precisamente la diferencia en el tiempo de viaje de la luz, según venga de una galaxia u otra. Esto es equivalente a obtener la diferencia entre las edades de las galaxias.
Se forja así una técnica que está surgiendo con fuerza: los cronómetros cósmicos. Con esta brillante idea, perdón por el juego de palabras, se espera poder arbitrar la disputa sobre los valores del factor Hubble entre las mediciones del universo local y el universo profundo.
Un atajo para conocer la edad de cada estrella
Como las galaxias tienen cientos de miles de millones de estrellas, hay que tener un poco de cuidado.
Para obtener las edades de las galaxias y estrellas se debe utilizar un promedio demográfico general. Y lo hacemos no porque queramos, sino porque no podemos hacerlo de otra manera. Es muy difícil determinar la edad de cada estrella individual.
Afortunadamente, un truco providencial facilita esta tarea. Consiste en utilizar con éxito una señal muy específica de cambio en la intensidad de la luz emitida a 4.000 angstroms. [uma unidade de medida de comprimento]. La técnica depende de la presencia de metales que calientan la galaxia y permite redondear los resultados obtenidos utilizando temporizadores cósmicos.
De hecho, no solo estimamos el factor Hubble actual de esta manera, sino que también se aplica a épocas anteriores. Combinando este conocimiento con la cosmología relativista, refinamos nuestra comprensión de la energía oscura. Y la rueda sigue girando y dándonos respuestas sobre los componentes del universo.
Actualmente solo tenemos un número modesto de tales temporizadores cósmicos. Aun así, son extremadamente precisos. Sin embargo, hay grandes esperanzas de ampliar estos resultados en futuras misiones.
Esto permitiría construir un catálogo poderoso e informativo. Los experimentos prometedores a los que me refiero son EUCLID y Nancy Roman, misiones lanzadas por la Agencia Espacial Europea y la NASA, respectivamente.
Sin duda, mejorarán las perspectivas de los cronómetros cósmicos para posicionarse como piezas clave que podrán medir no solo el factor Hubble, sino también la evolución del propio universo.
Estos avances amplificarán nuestra codicia para resolver el rompecabezas más grande de todos: ¿cómo se formó el universo? Por ahora, no lo sabemos. Pero podemos reafirmar lo que dijo el físico James Clerk Maxwell: «La ignorancia plenamente consciente es el preludio de cualquier avance real en el conocimiento».
*Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Puedes leer la versión original aquí.
Este texto fue publicado originalmente aquí.
Ruth Lazkoz es Catedrática de Física Teórica en la Universidad del País Vasco – Euskal Herriko Unibertsitete.
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Fuente: uol.com.br