¿Es posible saber con certeza la edad de todo lo que existe a nuestro alrededor? ¿Cómo se calcula la edad del universo?En 1924, el astrónomo norteamericano Edwin Hubble se percató que ciertos objetos lejanos se alejaban de la tierra. ¿Cómo descubrió esto? Al analizar la luz de una estrella los astrónomos obtienen un espectro (descomposición de la luz en los colores del arco iris) en el cual aparecen líneas negras según la composición química de la estrella o galaxia. Comparando este espectro con patrones conocidos, se puede identificar un desplazamiento hacia el rojo o el azul. En la siguiente figura se muestra un desplazamiento al rojo.
Estos desplazamientos ocurren debido al efecto doppler e indican el movimiento del objeto (Explicación en este video). Si el desplazamiento es hacia el azul, el objeto se acerca al observador y al contrario, si es hacia el rojo, el objeto que emite la luz se está alejando, en este caso, de la tierra.Mediante esta técnica Hubble descubrió a principio de los años 30, que las galaxias del cielo (excepto las de nuestro grupo local) se están alejando de nosotros. Incluso se percató que la velocidad de alejamiento era proporcional a la distancia, es decir, mientras más lejos está una galaxia, más rápido se aleja de nosotros. Con esto concluyó que el universo se estaba expandiendo en todas direcciones. Para describir esto instauró la constante de Hubble H en la siguiente ecuación:
Velocidad de alejamiento del objeto = H(constante de Hubble) x Distancia del objeto
Luego surgió la idea que en algún momento en del pasado debe haber comenzado esta expansión y surgió la teoría del big bang. Esta teoría marcaba la posibilidad de medir la edad del universo ya que por ejemplo, si un auto sale de una ciudad a una velocidad constante y conocemos su posición en un momento dado, es posible determinar en qué momento salió de la ciudad. Realizando algo similar se puede estimar una aproximación de la edad del universo.
Todos sabemos que
por lo que
Además, según las observaciones de Hubble;
Por lo que reemplazando en la ecuación anterior tenemos;
Simplificando nos queda;
Por lo tanto, para estimar la edad del universo se requiere estimar la constante de Hubble.
¿Cómo se mide la constante de Hubble?
Sabemos lo siguiente:
Entonces para obtener la constante de Hubble se requiere conocer la velocidad de alejamiento de objetos lejanos y su distancia. Como expliqué, la velocidad de alejamiento de objetos se puede obtener analizando el espectro de luz de los objetos y determinando su grado de desplazamiento al rojo.
Por lo tanto solo falta medir distancias, lo cual desgraciadamente no es tan fácil en el espacio. Una estrella puede verse pequeña en el cielo porque es pequeña y está cerca o porque es muy grande y está muy lejos. Por lo tanto para medir distancias es necesario encontrar estrellas u objetos de los cuales se conozca su luminosidad propia (brillo intrínseco), algo así como saber que se tiene una ampolleta de 100 Watts. Se requiere conocer esto porque se sabe que el brillo aparente de las estrellas (el que vemos aquí en la tierra) es el brillo intrínseco (el propio de la estrella) dividido por el cuadrado de la distancia. Es decir,
Por lo tanto:
El brillo aparente de un objeto (el recibido aquí en la tierra) se puede medir a través de la luz que llega a los telescopios. Por lo tanto para conocer la edad del universo faltaría conocer el brillo intrínseco de objetos celestes. Para esto, en 1912 se descubrieron estrellas llamadas Cefeidas las cuales tienen la propiedad de cambiar su luminosidad intrínseca en forma periódica (Más información en este video) Además su luminosidad está dada por el periodo de su variabilidad. Estas estrellas se pueden utilizar para medir distancias a objetos medianamente "cerca" de la tierra. Para medir distancias más grandes se utilizan supernovas tipo 1a (explosiones de estrellas gigantes) que tienen una propiedad que permite determinar su luminosidad intrínseca (video aquí)
Con todos estos datos es posible calcular la Constante de Hubble y así estimar la edad del universo. Pero desgraciadamente la cosa no es tan simple, volviendo al ejemplo del auto, conociendo su velocidad y su posición, podemos identificar la hora a la que salió solamente si su velocidad ha sido constante. En el universo la velocidad de expansión no ha sido constante, en sus inicios la expansión fue más rápida por lo que se debe corregir la constante de Hubble parámetros de densidad:
Esto permite modelar la rápida expansión en los inicios del universo según se muestra en el siguiente gráfico:
Con este modelo se obtiene un valor de 4.35×1017 segundos para el tiempo, lo que equivale a unos 13.78 millones de años.
Además del método descrito existen dos otros métodos que establecen una edad similar del universo. En primer lugar se tiene el estudio de la edad de los glóbulos estelares que establecen que el universo debe tener entre 11 mil y 18 mil millones de años, ya que obviamente el universo no puede ser más joven que los objetos que contiene. En segundo lugar, en el 2001 se lanzó un satélite con el fin de medir la temperatura de la radiación cósmica con lo cual se estableció una edad del universo de unos 13.720 millones de años. Por lo tanto todo indica que el universo tiene aproximadamente unos 13,7 miles de millones de años (Ojo que en EEUU le dicen billones a los miles de millones, pero técnicamente un billón es un millón de millones).
Luego surgió la idea que en algún momento en del pasado debe haber comenzado esta expansión y surgió la teoría del big bang. Esta teoría marcaba la posibilidad de medir la edad del universo ya que por ejemplo, si un auto sale de una ciudad a una velocidad constante y conocemos su posición en un momento dado, es posible determinar en qué momento salió de la ciudad. Realizando algo similar se puede estimar una aproximación de la edad del universo.
Todos sabemos que
por lo que
Además, según las observaciones de Hubble;
Por lo que reemplazando en la ecuación anterior tenemos;
Simplificando nos queda;
Por lo tanto, para estimar la edad del universo se requiere estimar la constante de Hubble.
¿Cómo se mide la constante de Hubble?
Sabemos lo siguiente:
Entonces para obtener la constante de Hubble se requiere conocer la velocidad de alejamiento de objetos lejanos y su distancia. Como expliqué, la velocidad de alejamiento de objetos se puede obtener analizando el espectro de luz de los objetos y determinando su grado de desplazamiento al rojo.
Por lo tanto solo falta medir distancias, lo cual desgraciadamente no es tan fácil en el espacio. Una estrella puede verse pequeña en el cielo porque es pequeña y está cerca o porque es muy grande y está muy lejos. Por lo tanto para medir distancias es necesario encontrar estrellas u objetos de los cuales se conozca su luminosidad propia (brillo intrínseco), algo así como saber que se tiene una ampolleta de 100 Watts. Se requiere conocer esto porque se sabe que el brillo aparente de las estrellas (el que vemos aquí en la tierra) es el brillo intrínseco (el propio de la estrella) dividido por el cuadrado de la distancia. Es decir,
Por lo tanto:
El brillo aparente de un objeto (el recibido aquí en la tierra) se puede medir a través de la luz que llega a los telescopios. Por lo tanto para conocer la edad del universo faltaría conocer el brillo intrínseco de objetos celestes. Para esto, en 1912 se descubrieron estrellas llamadas Cefeidas las cuales tienen la propiedad de cambiar su luminosidad intrínseca en forma periódica (Más información en este video) Además su luminosidad está dada por el periodo de su variabilidad. Estas estrellas se pueden utilizar para medir distancias a objetos medianamente "cerca" de la tierra. Para medir distancias más grandes se utilizan supernovas tipo 1a (explosiones de estrellas gigantes) que tienen una propiedad que permite determinar su luminosidad intrínseca (video aquí)
Con todos estos datos es posible calcular la Constante de Hubble y así estimar la edad del universo. Pero desgraciadamente la cosa no es tan simple, volviendo al ejemplo del auto, conociendo su velocidad y su posición, podemos identificar la hora a la que salió solamente si su velocidad ha sido constante. En el universo la velocidad de expansión no ha sido constante, en sus inicios la expansión fue más rápida por lo que se debe corregir la constante de Hubble parámetros de densidad:
Esto permite modelar la rápida expansión en los inicios del universo según se muestra en el siguiente gráfico:
Con este modelo se obtiene un valor de 4.35×1017 segundos para el tiempo, lo que equivale a unos 13.78 millones de años.
Además del método descrito existen dos otros métodos que establecen una edad similar del universo. En primer lugar se tiene el estudio de la edad de los glóbulos estelares que establecen que el universo debe tener entre 11 mil y 18 mil millones de años, ya que obviamente el universo no puede ser más joven que los objetos que contiene. En segundo lugar, en el 2001 se lanzó un satélite con el fin de medir la temperatura de la radiación cósmica con lo cual se estableció una edad del universo de unos 13.720 millones de años. Por lo tanto todo indica que el universo tiene aproximadamente unos 13,7 miles de millones de años (Ojo que en EEUU le dicen billones a los miles de millones, pero técnicamente un billón es un millón de millones).
Fuentes:
http://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law
http://www.universeadventure.org/big_bang/conseq-ageofuniv.htm
http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_age.html
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