Idade do Universo

Imagem do Universo Bebê - Crédito da Imagem: ESA-Planck Collaboration.

Segundo resultados do Plank, a idade do Universo é de 13,82 bilhões de anos

Universo é um pouquinho mais velho do que pensávamos. Não é só isso, mas acontece que os ingredientes são um pouco diferentes, também. E não é só isso, mas a forma como eles estão misturados não é bem o que esperávamos. E não é só isso, mas existem algumas dicas que algo bem mais grandioso aconteceu no universo.

Então o que está acontecendo?

A Missão Planck da Agência Espacial Europeia está digitalizando todo o céu, cada vez mais, registrando-o em ondas de rádio e microondas, que estão por todo o cosmos. Algumas destas frequências de luz provém de estrelas, alguns aglormerados de poeira frios, alguns de galáxias e estrelas explodindo. Mas uma parte dele vem de mais longe… muito mais longe. Bilhões de anos-luz, na verdade, desde a borda do universo observável.

Esta luz primeiro foi emitida quando o universo era muito jovem, cerca de 380.000 anos de idade. Era incrivelmente brilhante, mas em sua viagem de eternidades de comprimento tem se esmaecido e tornado-se avermelhada. Lutando contra a expansão do próprio universo, a luz teve seu comprimento de onda estendido até que ele atingiu para nós a classificação de microondas. Planck reuniu luz capturada nos 15 meses, usando instrumentos muito mais sensíveis do que nunca.

Desenho da Espaçonave Planck. Crédito da Imagem: ESA / NASA / JPL-Caltech.
Desenho da Espaçonave Planck.
Crédito da Imagem: ESA / NASA / JPL-Caltech.

A luz do universo inicial mostra algo que não é bom. Observe o contraste das manchas ligeiramente mais brilhantes e as que são um pouco mais fracas. Estas correspondem às mudanças de temperatura do universo em uma escala de 1 parte em 100.000. Que é incrivelmente pequena, mas tem profundas implicações. Pensamos que essas flutuações foram impressas no universo quando era apenas um trilionésimo de um trilionésimo de um segundo de idade, e cresceram com o universo, juntamente com a expansão elas expandiram-se. Elas também foram as origens da galáxias e aglomerados e galáxias que vemos hoje.

O que começou como flutuações quânticas quando o universo era menor do que um próton tem crescido agora para ser as maiores estruturas no cosmos, centenas de milhões de anos-luz em seu total. Deixe que seu cérebro possa resolver por um momento.

E essas flutuações são a chave para observações de Planck. Olhando para essas pequenas mudanças de luz nós pode descobrir muito sobre o universo. Cientistas passaram anos olhando para os dados do Planck, analisando-os. E o que eles encontraram é bastante surpreendente:

  • O universo tem 13,82 bilhões anos de idade.
  • O universo está se expandindo um pouco mais lento do que esperávamos.
  • O universo é composto de 4,9% matéria normal, 26,8% de matéria escura e 68,3% de energia escura.
  • O universo é desequilibrado. Um pouco, apenas uma sugestão, mas que tem profundas implicações.

O que significa tudo isto? Vamos dar uma olhada rápida, um de cada vez:

Universo de 13,82 bilhões anos de idade

A idade do universo é um pouco maior do que esperávamos. Há alguns anos, a sonda WMAP olhou para o universo, tanto quanto Planck, determinou-se aproximadamente: 13.73* bilhões anos de idade.(*Margem de erro de +- 0,12 milhões de anos).

Planck descobriu-se que o universo é cerca de 100 milhões anos mais velho do que isso: 13,82 bilhões de anos.

À primeira vista você pode pensar que este é um número realmente diferente. Mas olhe novamente. A incerteza na idade do WMAP é 120 milhões de anos. Isso significa que a melhor estimativa é 13,73 bilhões de anos, mas poderia facilmente ser 13.85 ou 13.61. Qualquer coisa nessa faixa é essencialmente indistinguível dos dados do WMAP e 13.73 é apenas no meio desse intervalo.

E nesse intervalo inclui 13,82 bilhões de anos. É na parte alta, mas isso não é um grande negócio. É completamente consistente com a estimativa mais velha, mas medições de Planck são consideradas para ser mais exatas. Ele se tornará o novo marco para os astrônomos.

O Universo está se expandindo um pouco mais lento do que esperávamos

O universo está se expandindo e tem sido desde o momento em que nasceu. Podemos medir a velocidade dessa expansão de diversas maneiras; por exemplo, olhando as explosões de estrelas distantes. Podemos medir quão rápido elas estão se afastando de nós varrodas juntamente com a expansão do espaço, vendo o quanto a sua luz de redshifted (tenho detalhes sobre como isso funciona em um post anterior sobre redshifts e a expansão do universo). Podemos medir sua distância, também, usando vários métodos, incluindo o quão brilhante que elas parecem ser, e com sua velocidade e a distância podemos calcular quão rápido o universo está se expandindo.

Quanto mais longe você vá, mais rápido o universo se expande e o que Planck encontrou é que o universo está ficando maior, a uma taxa de 67,3 quilômetros por segundo por megaparsec. Um megaparsec é uma unidade de distância igual a 3,26 milhões de anos-luz (o que é conveniente para os astrônomos). Isso significa que se você olhar para uma galáxia megaparsec de uma distância, ele parece estar se afastando de você 67,3 km/seg. Uma galáxia dois megaparsecs longe iria recuar duas vezes nessa velocidade, 134.6 km/s e assim por diante.

Isso é chamado de constante de Hubble. Vários métodos têm sido utilizados para medi-la desde o século passado, e alguns dos melhores encontram para ser aproximadamente 74.2 km medição de/s/Mpc. Planck é menor, então o universo parece estar se expandindo um pouco mais lentamente do que pensávamos, razão pela qual a idade é um pouco superior medido antes, também.

Parte da razão pela qual que o número de Planck é menor é que ele está olhando a luz que é muito velha e veio de muito longe, então eles extrapolam para a frente no tempo para ver o quão rápido o universo está crescendo. Outras medidas usam a luz de objetos que estão mais próximos, e cientistas extrapolaram para trás.

Desde que os dois números forem diferentes, isso pode significar que a constante de Hubble foi alterado ao longo do tempo, embora isto seja muito preliminar para contar. Eu apenas vou nota-lo aqui como um desenvolvimento interessante. A constante de Hubble é notoriamente difícil de medir, e imagino que os astrônomos vão ser discutir sobre isso por algum tempo ainda para vir.

O Universo tem 4,9 % de matéria normal, 26,8% de matéria escura e 68,3% de energia escura

A quantidade de flutuações na luz desde o início do universo, bem como a forma como são distribuídos pode ser usada para descobrir o que o universo é composto. Os ingredientes e quantidades dos constituintes universais são:

  • 4,9% de matéria normal
  • 26,8% de matéria escura
  • 68,3% de energia escura
Mapa de Planck da localização de toda a matéria no Universo. A faixa em todo o meio é devido à luz brilhante da nossa galáxia, que interferiu com o fundo muito mais tênue, e teve que ser subtraído da distância. Créditos da Imagem: ESA / NASA / JPL-Caltech.
Mapa de Planck da localização de toda a matéria no Universo. A faixa em todo o meio é devido à luz brilhante da nossa galáxia, que interferiu com o fundo muito mais tênue, e teve que ser subtraído da distância.
Créditos da Imagem: ESA / NASA / JPL-Caltech.

A matéria normal é o que chamamos de prótons, nêutrons, elétrons; basicamente tudo que você vê quando você olha ao redor. Estrelas, castanha de caju, secador de cabelos e livros são feitos de matéria normal. E você também.

A matéria escura é uma substância que sabemos existe, mas é invisível. Vemos os seus efeitos através de sua gravidade, o que altera profundamente como as galáxias e aglomerados de galáxias giram e se comportam. Há mais de cinco vezes mais do que a matéria observada.

A energia escura só foi descoberta em 1998. Ela é muito misteriosa, mas age como uma pressão, aumentando a taxa de expansão do universo. Sabemos muito pouco sobre ela, além do fato de que ela existe, e é um componente maior do orçamento universal do que a matéria escura e normal combinadas.

As melhores estimativas para estes números antes de Planck foram um pouco diferentes: 4.6%, 24% e 71,4%, respectivamente. Isso é puro: há menos energia do que pensávamos, então o universo é composto por um pouco menos do que coisas estranhas, se isso faz você se sentir melhor. Mas ainda há muito disso!

A boa notícia é que tendo um número melhor para todos esses meios astrônomos pode sintonizar seus modelos um pouco melhores, e podemos entender as coisas um pouco melhor. Diferentes modelos de como o universo se comporta prevêem diferentes rácios para esses ingredientes, então fazê-los focados em uma melhor significa que podemos ver quais modelos funcionam melhor. Estamos aprendendo!

O Universo está em desequilíbrio. Um pouco, apenas uma sugestão, mas que tem profundas implicações

De todos os resultados anunciados até agora, este pode ser o mais provocante. Esperamos que o universo a ser muito bom em grandes escalas. Essas flutuações de início devem ser aleatórias, então quando você olha em torno desta luz antiga, o padrão deve ser bastante aleatório.

E é! A distribuição das flutuações é bastante aleatória. Pode olhar para o seu olho ter padrões, mas nossos cérebros são miseráveis ao ver a verdadeira aleatoriedade; podemos impor ordem nele. Você tem que usar computadores, matemática e estatística para medir a distribuição para testar aleatoriedade verdadeira, e o universo passa o teste.

A distribuição é aleatória, mas não as amplitudes das flutuações. Amplitude é brilhante como elas são; como a altura de uma onda. É difícil de ver pelo olho, mas no grande mapa feito por Planck, as flutuações são um pouquinho mais brilhantes do que deveria ser de um lado e um pouquinho mais não ofuscante do outro. É um efeito incrivelmente pequeno, mas parece ser real. Foi visto nos dados do WMAP e confirmado por Planck.

Um modelo simples do universo diz que não deve acontecer. O universo é desequilibrado em grande escala! O que isso pode significar?

Um mapa do Universo 'torto'. Isso mostra a diferença entre um ajuste suave matemático para a luz de fundo do cosmos contra o que é realmente visto - estas flutuações são apenas um 'fio de cabelo' maior do que o esperado, mas que faz toda a diferença no Universo. Créditos da Imagem: ESA ea colaboração Planck.
Um mapa do Universo ‘torto’. Isso mostra a diferença entre um ajuste suave matemático para a luz de fundo do cosmos contra o que é realmente visto – estas flutuações são apenas um ‘fio de cabelo’ maior do que o esperado, mas que faz toda a diferença no Universo.
Créditos da Imagem: ESA ea colaboração Planck.

Não sabemos direito agora, e existem muito mais idéias para por que isso iria acontecer que temos dados para testar. Isso poderia significar a energia escura está mudando ao longo do tempo, por exemplo. Outra idéia e que é muito emocionante, é que nós estamos vendo algum padrão impresso no universo de antes do Big Bang. Sei que parece loucura, mas não é completamente louco. Meu amigo e cosmólogo Sean Carroll tem mais detalhes sobre isso.

Podemos estar vendo algo tão grande em extensão está acontecendo em escalas que literalmente não podemos ver. É como ter uma casa construída sobre uma ligeira inclinação. Estando em um quarto, você pode não notar, mas a elevação em um quarto de um lado da casa contra um todo o caminho do lado oposto de medição pode mostrar a discrepância. E, mesmo assim, só dá-lhe um sabor de quão grande que hill pode ser.

Nós estamos vendo que em escala cósmica. O próprio universo parece ser ligeiramente inclinado, e que só temos uma dica de quando tomamos a medida o todo o universo.

Conclusão

Fico muito feliz com estes resultados e dou-me gratificações.

Como cientista, é claro, eu gosto quando nós conseguimos obter as melhores medidas, mais detalhadamente, números refinados. Que é como nós testamos modelos, e nos ajuda a entender nossas ideias melhores.

Mas eu sou humano, e uma grande parte do meu cérebro ainda está bobinando pelo fato de que nós podemos medir com precisão a idade do universo. Nós podemos descobrir o que está nele, mesmo quando a maior parte é algo que não vemos. Podemos determinar não só que ele está se expandindo, mas como sua “velocidade”.

E o melhor de tudo, vemos que o universo está fazendo as coisas que nós ainda não compreendemos. Ele está nos mostrando que ainda há mais por aí, coisas que ocorrem em uma tela tão grande, que esmaga totalmente nosso senso de escala e expande ferozmente à nossa imaginação.

Todos os dias, nós melhoramos a aprendizagem de que o universo está fazendo. E o trabalho continua descobrir como. Pode até levar na resposta da pergunta final de tudo: por quê?

Se a resposta que existe (se a questão ainda faz sentido), e podemos entender isso, então estamos dando os nossos primeiros passos em direção a ele agora mesmo.

Notícia publicada na NASA: Best Map Ever of the Universe.

[Bad Astronomy]

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Douglas Rodrigues Aguiar de Oliveira
Sou fundador da Universo Racionalista | Graduando em Tecnologia em Redes de Computadores pela Universidade de Franca | Especialista em Fundamentals of Computing Network Security ( • Design and Analyze Secure Networked Systems • Basic Cryptography and Programming with Crypto API • Hacking and Patching • Secure Networked System with Firewall and IDS ) pela University of Colorado | Especialização em andamento em Cybersecurity ( • Computer Forensics • Network Security • Cybersecurity Fundamentals • Cybersecurity Risk Management • Cybersecurity Capstone ) pela Rochester Institute of Technology | Certificação em Information Security Specialist ( • InfoSec Foundation • Ethical Hacking Essentials • Computer Forensics Foundation ) pela ITCERTS | Certificação em Information Security Analyst ( • Information Security Policy Foundation • Vulnerability Management Foundation ) pela ITCERTS | Cursei integralmente as disciplinas teóricas em Licenciatura em Filosofia pela Universidade de Franca, mas não realizei o estágio supervisionado para a obtenção do diploma de Ensino Superior | Especialista em Journey of the Universe: A Story for Our Times pela Yale University | Colaborador do Instituto Ética, Racionalidade e Futuro da Humanidade | Colunista da Climatologia Geográfica | Membro da Rede Brasileira de Astrobiologia | Abaixo, segue o endereço do currículo na plataforma Lattes e LinkedIn.