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Cuarta parte de Cosmología
Hasta muy recientemente, los astrónomos estimaban que el Big Bang ocurrió hace unos 12 a 14 mil millones de años. Para poner esto en perspectiva, el Sistema Solar se cree que tenga 4500 millones de años de antigüedad y l

Los astrónomos estiman la edad del universo de dos maneras: 1) buscando las estrellas más viejas; y 2) midiendo la velocidad de expansión del universo y extrapolando hacia atrás al Big Bang; al igual que los detectives pueden investigar el origen de una bala a partir de los orificios en una pared.

¿Anterior a las estrellas más viejas?

Los astrónomos pueden poner un límite inferior a la edad del universo por medio del estudio de los cúmulos globulares. Estos cúmulos globulares son un conjunto denso de alrededor de un millón de estrellas. Las densidades estelares cerca del centro de un cúmulo globular son enormes. Si viviésemos cerca del centro de uno de ellos, habría varios cientos de miles de estrellas más cercanas a nosotros que Próxima Centauri, que es la más cercana al Sol.

Localizando a soles individuales dentro del brillo del cúmulo más grande de estrellas en nuestra galaxia, el telescopio Hubble ha descubierto pistas que pueden ser un agujero negro de enorme masa o algún otro fenómeno sorprendente: El "colapso de un núcleo" provocado por el intenso tirón gravitacional de tantas estrellas en un espacio tan reducido. Crédito: P. Guhathakurta (UCO/Lick Observatory, UC Santa Cruz), B. Yanny (Fermi National Accelerator Lab), D. Schneider (Pennsylvania State Univ.), J. Bahcall (Inst. for Advanced Study), y NASA. Pulsa aquí para agrandar.

El ciclo de vida de una estrella depende de su masa. Los estrellas con masas grandes son mucho más brillantes que las estrellas de masa baja, por lo mismo queman rápidamente su reserva de combustible de hidrógeno. Una estrella como el Sol tiene suficiente combustible en su núcleo para continuar ardiendo con su brillo actual por unos 9000 millones de años más. Una estrella que sea del doble de masa que la del Sol quemaría su reserva de combustible en tan solo 800 millones de años. Una estrella con diez veces la masa, o sea que brille mil veces más, sólo tendría combustible para 20 millones de años. A la inversa, una estrella con una masa de la mitad de nuestro Sol, quemaría lentamente su combustible de manera que podría durar más de 20 mil millones de años.

Todas las estrellas en un cúmulo globular se formaron casi a la vez, por lo mismo pueden utilizarse como relojes cósmicos. Si un cúmulo globular tiene más de 20 millones de años, entonces todas sus estrellas que quemen hidrógeno tendrán menos masa que el equivalente de 10 masas solares. Esto significa que ninguna estrella que queme hidrógeno tendrá más de 1000 veces el brillo del Sol. Si un cúmulo globular tiene más de 2000 millones de años, entonces no habrá estrellas que quemen hidrógeno de una masa mayor a la de 2 masas solares.

Los cúmulos globulares más antiguos solo contienen estrellas con una masa menor a 0,7 masas solares. Estas estrellas de masa baja son mucho más apagadas que el Sol. Esta observación sugiere que los cúmulos globulares más viejos tienen una edad entre los 11 y los 18 mil millones de años. La incertidumbre en esta estimación se debe a la dificultad en determinar la distancia exacta a un cúmulo globular (de ahí, la incertidumbre en el brillo – y masa – de las estrellas del cúmulo) Otra fuente de incertidumbre dentro de esta estimación se debe a nuestra ignorancia sobre algunos de los detalles más específicos de la evolución estelar. Supuestamente, el propio universo es, en sí, por lo menos tan viejo como el más viejo de los cúmulos globulares que existen en él.

Extrapolando hacia atrás hasta el Big Bang

Un enfoque alternativo para estimar la edad del universo es medir la "constante de Hubble". Esta constante de Hubble es la medida del grado de expansión actual del universo. Los cosmólogos la utilizan para extrapolar hacia atrás al Big Bang. Esta extrapolación depende de la historia de la velocidad de expansión que a su vez depende de la densidad actual del universo y de la composición del mismo universo.
Si el universo es plano y está compuesto principalmente por materia, entonces la edad del universo es

2/(3 Ho)

Donde Ho es el valor de la constante de Hubble.
Si el universo tiene una densidad de materia muy baja, entonces su edad extrapolada es mayor:

1/Ho

Si el universo contiene una forma de materia similar a la constante cosmológica, entonces la edad estimada puede ser aún mayor.
Muchos astrónomos se encuentran trabajando para medir la constante de Hubble utilizando una gran variedad de técnicas. Hasta muy recientemente, las mejores estimaciones fluctuaban de 65 km/sec/Megaparsec a 80 km/sec/Megaparsec, con la mejor cifra estimada como 72 km/sec/Megaparsec. En unidades más familiares, los astrónomos creen que 1/Ho se encuentra entre 12 y 14 mil millones de años.

¿Una Crisis en la Edad?

Si comparamos las dos determinaciones de edad, existe una crisis potencial. Si el universo es plano y está dominado por materia oscura y materia común, la edad del universo que se infiere a partir de la constante de Hubble sería de alrededor de 9 mil millones de años. La edad del universo sería más corta que la edad de las estrellas más viejas. Esta contradicción implica que: 1) Nuestros cálculos de la constante de Hubble son incorrectos, 2) La teoría del Big Bang es incorrecta, o 3) Que necesitamos una forma de materia con una constante cosmológica que suponga una edad mayor para una velocidad observada de expansión. Algunos astrónomos creen que esta crisis pasará tan pronto como las mediciones mejoren. Si los astrónomos que han obtenido los valores pequeños de la constante de Hubble están en lo correcto, entonces todo está bien para la teoría del Big Bang, aún sin una constante cosmológica.


El WMAP puede medir la edad del universo


Las mediciones efectuadas por el satélite WMAP pueden ayudar a resolver esta crisis. Si las ideas presentes acerca del origen de las estructuras a gran escala son correctas, entonces la estructura en detalle de las fluctuaciones de fondo de las microondas cósmicas dependerán de la densidad actual del universo, la composición del universo y su velocidad de expansión.

El WMAP ha sido capaz de determinar estos parámetros con una exactitud mejor que un 5 %. Cuando combinamos los datos del WMAP con las observaciones gratuitas de otros experimentos CMB (ACBAR y CBI), somos capaces de determinar una edad para el universo cercana a un error de máximo de un 1%.

La edad de expansión medida por el WMAP es mayor que los cúmulos globulares más viejos, de modo que la teoría del Big Bang ha pasado una prueba importante. Si la edad de expansión medida por el WMAP hubiera sido menor que los cúmulos globulares más viejos, entonces habría existido algo fundamentalmente erróneo acerca ya fuera de la teoría del Big Bang o de la teoría de la evolución estelar. De cualquier manera, los astrónomos habrían tenido que repensarse muchas de sus apreciables ideas. Pero nuestro estimado actual de edad del universo, encaja bien con lo que sabemos a partir de otros tipos de mediciones efectuados: ¡El Universo tiene alrededor de 13 700 millones de años!

Lee los primeros capítulos de este tema:
Cosmología: el estudio del universo
Nuestro Universo ¿De qué esta formado?
El Universo: ¿Cuán rápido se expande?


Artículo de - WMAP Mission -
Aportación de Liberto