Idade do Universo

Parte de uma série sobre
Cosmologia física
Big Bang · Universo Idade do Universo Cronologia do Universo
Universo primordial Inflação · Nucleossíntese Antecedentes Onda gravitacional (GWB) Micro-ondas (CMB) · Neutrinos (CNB)
Expansão · Futuro Lei de Hubble · Desvio para o vermelho Expansão métrica do espaço Métrica de FLRW · Equações de Friedmann Cosmologia não homogênea Futuro de um Universo em expansão Destino final do Universo
Componentes · Estrutura Componentes Modelo Lambda-CDM Energia escura · Fluido escuro · Matéria escura Estrutura Forma do Universo Filamento galáctico · Formação de galáxias Grande grupo de quasares Estrutura em grande escala Reionização · Formação estrutural
Experimentos Iniciativa Buraco Negro (BHI) BOOMERanG Cosmic Background Explorer (COBE) Dark Energy Survey Projeto Illustris Observatório espacial Planck Sloan Digital Sky Survey (SDSS) 2dF Galaxy Redshift Survey ("2dF") Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)
Cientistas Aaronson Alfvén Alpher Bharadwaj Copérnico de Sitter Dicke Ehlers Einstein Ellis Friedmann Galileo Gamow Guth Hawking Hubble Kepler Lemaître Mather Newton Penrose Penzias Rubin Schmidt Smoot Suntzeff Sunyaev Tolman Wilson Zeldovich Lista de cosmólogos
História Descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas História da teoria do Big Bang Interpretações religiosas da teoria do Big Bang Linha do tempo das teorias cosmológicas
Categoria  Portal da astronomia

A idade do Universo compreende o tempo decorrido entre o Big Bang até o presente momento. Há alguns anos, a sonda WMAP coletou dados que permitem estimar a idade do Universo em 13,787 ± 0,020 bilhões de anos. Entretanto, a partir de dados coletados pelo satélite Planck, da Agência Espacial Europeia (ESA), que mapeou o céu entre 2009 e 2013 em busca de pequenas variações na radiação cósmica de fundo em micro-ondas, foi descoberto que o Universo é quase 100 milhões de anos mais velho. Interpretações de observações astronômicas em 2014 indicaram que a idade do Universo é de 13,82 bilhões de anos.

Decaimento radioativo de elementos químicos

Para determinar a idade do universo, é medida a abundância do rênio-187 (Re¹⁸⁷), que decai no ósmio-187 (Os¹⁸⁷) com uma meia-vida de 40 bilhões de anos. É importante dizer que os dois elementos acima são isóbaros e que a análise da abundância desses elementos fornece uma estimativa para a idade do Universo que vai de 11,6 a 17,5 bilhões de anos. Existem outros elementos que também são usados para fazer esse cálculo, como o urânio-238 (U²³⁸), com meia-vida de 4,468 bilhões de anos, e o tório-232 (Th²³²), com meia-vida de 14,05 bilhões de anos. A análise desses dois elementos fornecem 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 idade de algumas estrelas já conhecidas, como CS 22892-052 e HD 115444, 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 de Urânio (Ur²³⁸). Depois, pelo método do decaimento de Urânio e de Tório, foi obtido um valor para a idade dessa estrela que é 14,1 ± 2,5 bilhões de anos.

Idade dos aglomerados estelares antigos

Quando há a transformação do Hidrogênio (H) em Hélio (He) no núcleo de uma estrela, temos a nucleossíntese. Uma estrela com essa característica se enquadra em uma pequena curva do diagrama criado por Hertzsprung e Russell (Diagrama de Hertzsprung-Russell). Essa curva também é conhecida como a "sequência principal", uma vez que a maioria das estrelas do Universo são encontradas com seu ciclo de vida nesta fase. Uma vez que sua luminosidade $L$ varia com a potência de sua massa entre $M^{3}$ e $M^{4}$, o tempo $T$ de vida da estrela pode ser calculado pela fórmula

$T={\frac {K}{L^{0.7}}}$,

em que $K$ é uma constante.

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

$Idade<{\frac {K}{L_{max}^{0.7}}}$

No entanto, esta fórmula só é aplicada a aglomerados estelares com milhares de membros, com a idade do aglomerado sendo aproximadamente igual à fórmula acima. Usando esse método nos aglomerados globulares, Chaboyer, Demarque, Kernan e Krauss calcularam 12,07 bilhões de anos com 95% de certeza da idade mínima do Universo. Gratton et al. calcularam idades entre 8,5 e 13,3 bilhões de anos, sendo o valor mais provável 12,1 bilhões. 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 o objeto remanescente após o fim da vida de uma estrela com a massa equivalente ao nosso Sol e raio da ordem de grandeza da Terra, o que faz com que sua densidade seja um milhão de vezes maior que a da água. As anãs brancas mais antigas são mais frias e menos brilhantes. Em 2004, ao pesquisar e medir a idade destes objetos no aglomerado globular M4, 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.

Medidas da radiação cósmica de fundo em micro-ondas

Imagem do WMAP da radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

A radiação cósmica de fundo em micro-ondas (comumente abreviada como CMB, do inglês Cosmic Microwave Background Radiation) chega até a Terra de todas as direções. Na época em que essa radiação foi emitida, a matéria comum do Universo era composta apenas de plasma, com uma temperatura praticamente igual em todos os lugares. Portanto, o Universo estava em um estado de quase equilíbrio térmico, emitindo radiação de 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 mil anos de idade. Uma pequena parte desta radiação pode ser observada ainda hoje por meio de instrumentos diferentes e sensíveis tais como a sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) e a sonda Planck. Embora tenha sido emitida a altas temperaturas (frequências mais altas), detectamos essa radiação na faixa de micro-ondas (frequências mais baixas). Isso ocorre devido ao Efeito Doppler causado pela expansão do Universo, que causa o desvio da frequência dessas ondas para o vermelho (redshift). A CMB é a mais perfeita radiação de corpo negro conhecida, mas não se trata de um corpo negro perfeito. A CMB tem um polo quente e um mais frio, devido ao movimento de nosso sistema solar somado ao da galáxia. Ela também apresenta flutuações da ordem de 1 até 10 µK (micro-Kelvin), o que parece um ruído aleatório para nós (ruído branco).

Conteúdo do Universo: atualmente e em fase primordial.

Pela análise criteriosa das flutuações da CMB, a densidade da matéria junto com a energia escura nos primórdios do Universo pode ser 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 obtemos como resultado a taxa de expansão do Universo, denominada parâmetro de Hubble. Comparando, então, esses resultados com a constante de Hubble (valor atual do parâmetro de Hubble), é possível estimar a idade do Universo.