Idade do universo

Cosmologia

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A idade do universo é o tempo entre o Big Bang até o presente momento. As observações atuais sugerem um valor de aproximadamente 13,73 bilhões (ou mil milhões em Portugal) de anos, com uma incerteza de aproximadamente ± 120 milhões de anos. Essa foi a conclusão mais recente, feita por astrônomos que trabalharam com os últimos dados da sonda WMAP. É importante dizer também que a estimativa da idade do Universo trabalhada pela sonda WMAP vem de três estimativas, são elas: A idade dos elementos químicos, a idade dos aglomerados estelares antigos e a idade das anãs brancas mais antigas.

Imagem do WMAP do fundo cósmico de microondas.

A idade dos elementos químicos

A idade dos elementos químicos, também conhecida com decaimento radioativo é usada para determinar a idade de uma certa mistura de átomos. Os elementos mais usados para determinar a idade do universo são o Rênio (Re¹⁸⁷), que quando decai se transforma em Ósmio (Os¹⁸⁷) com metade de sua vida de 40 bilhões de anos. É importante dizer que os dois elementos acima são isótopos eu que depois de analisados nos dão uma estimativa da idade do Universo que vai de 11,6 e 17,5 bilhões de anos. Existem outros elementos que também são usados para fazer esse cálculo, como Urânio (U²³⁸) com sua meia-vida de 4,468 bilhões de anos e o Tório (Th²³²) com sua meia-vida de 14,05 bilhões de anos. A análise desses dois elementos nos dão uma outra expectativa da idade do Universo, que é 14,5^+2.8_-2.2.

Aplicação do decaimento radioativo para a apuração da idade das estrelas

A da idade de algumas estrelas já conhecidas como CS 22892-052 e HD 115444 que é de 15,6 ± 4,6 bilhões de anos . Já a estrela CS 31082-001 tem uma idade de 12,5 ± 3 bilhões de anos de acordo com o decaimento do Urânio (Ur²³⁸). Depois pelo método do decaimento do Urânio e do Tório foi obtido um valor para a idade dessa estrela que é 14,1 ± 2,5 bilhões de anos.

Idade dos aglomerado estelares antigos

Quando há a transformação do Hidrogênio (H) em Hélio (He) no núcleo das estrelas temos a nucleossíntese, essa estrela se enquadra em uma pequena curva do diagrama criado por Hertzsprung e Russell (diagrama H-R).Essa curva também é conhecida como a "sequência principal" uma vez que a maioria das estrelas do Universo são encontradas em seu ciclo de vida nesta fase. Uma vez que sua luminosidade (L) varia proporcionalmente a uma potência de sua massa entre M³ e M⁴, o tempo (T) de vida da estrela pode ser calculado pela fórmula T = K/L^0.7 onde K é uma constante e T proporcional ao inverso de L^0.7. estelar.

Assim, na sequência principal se você medir a luminosidade da estrela mais brilhante, conseguirá definir a idade limite do aglomerado

$Idade < K/L_{max}^{0.7}$

Assim esta fórmula sem distorção, só é aplicada a aglomerados estelares com milhares de membros e a idade do aglomerado é praticamente igual a K/L_max^0.7 Usando esse método nos aglomerados globulares, Chaboyer, Demarque, Kernan e Krauss calcularam 12,07 bilhões de anos sendo 95% de certeza da idade mínima do Universo . Gratton et al. calcularam calcularam idades entre 8,5 e 13,3 bilhões de anos sendo mais provável 12,1 . Reid obteve a estimativa entre 11 e 13 bilhões de anos e Chaboyer et al. estabeleceram 11,5 ± 1,3 bilhões de anos para a idade média do mais velho dos aglomerados.

Idade das anãs brancas

Messier 4 visto pelo Telescópio Espacial Hubble.

Uma anã-branca é um objeto com a massa equivalente ao nosso Sol e raio da ordem de grandeza da Terra. A densidade de uma anã branca é um milhão de vezes maior que a da água. As anãs-brancas brilham como resultado do seu calor residual. As anãs-brancas mais antigas são mais frias e menos brilhantes. Pesquisando e medindo a idade das anãs brancas no aglomerado globular M4 . Em 2004, Hans et al. apuraram a idade de 12,1 ± 0,9 bilhões de anos para a M4 e consequentemente, considerando o tempo entre o Big Bang e a formação da M4, estimaram a idade do Universo em 12,8 ± 1,1 bilhões de anos.

Como a idade do Universo pode ser medida via radiação cósmica de fundo em micro-ondas?

As três maneiras acima, são formas de medir a idade do Universo em conjunto com as estimativas do WMAP, e são totalmente consistentes.

Como é que conseguimos medir a idade do Big Bang apenas observando a radiação cósmica de microondas de fundo? Vejamos a seguir:

A radiação de microondas cósmica parece vir uniformemente de todas as direções (é claro que existem vários tipos de fontes que emitem microondas, dentre elas existem a poeira cósmica aquecida, as estrelas, as galáxias e até mesmo elétrons livres espiralando nas linhas dos campos magnéticos – mas estes possuem características distintas, assim podendo ser retiradas da equação). Essas microondas foram originadas nos elétrons que encheram o Universo há muito tempo, bem antes de terem se combinado com os prótons livres para formar os átomos neutros de hidrogênio. Naquela ocasião a matéria comum do Universo é composta apenas de gás (plasma, na verdade), com uma temperatura praticamente igual em todos os lugares havendo equilíbrio térmico , e emitia a radiação de um corpo negro.

Assim que o plasma tornou-se um gás neutro, a radiação térmica ficou livre para fluir pelo cosmo, isso ocorreu quando o Universo tinha cerca de 380.000 anos de idade e uma pequena parte desta radiação pode ser observada hoje em dia, através de instrumentos diferentes e sensíveis tais como a sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Project (WMAP) e a sonda criogênica PLANCK . Nós conseguimos detectar essa radiação na faixa do espectro das microondas por causa do Efeito Doppler, desviando a freqüência para o vermelho, causado pela expansão do Universo . A radiação cósmica de microondas de fundo (CMB - Cosmic Micro Wave Background Radiation) é a mais perfeita radiação de corpo negro conhecida, mas não se trata de um corpo negro perfeito. A CMB tem um pólo quente e um mais frio, devido ao movimento de nosso sistema solar mais a galáxia . Ela também apresenta flutuações da ordem de 1 até 10 µK (micro-Kelvin), o que parece ruído aleatório para nós (ruído branco). Mas a CMB não é aleatória, ao contrario, ela nos mostra os processos físicos primordiais, a maior parte do tempo onde os fótons tornaram-se livres para fluir (alguns são devido aos efeitos da massa e energia ao longo do caminho entre o plasma primordial e nós). Por exemplo: o som, com em qualquer gás o som pode viajar através do plasma universal e os fótons da CMB podem reter informações sobre os últimos sons daquela época.

Conteudo-do-Universo-antes-e-agora

Pela análise criteriosa das flutuações da CMB, a densidade da matéria junto com a energia escura dos primórdios do Universo, pode ser enfim calculada, assim como a composição da matéria primordial (matéria comum, neutrinos e matéria escura). Colocando-se estas estimativas nas equações da Teoria da Relatividade Geral temos os resultados da dimensão da velocidade de expansão do Universo. Compare então tais resultados com a Constante de Hubble que foi recentemente recalculada, e que mede como o Universo se expande, assim temos a noção da idade do Big Bang.