Steve Nerlich
Es sabido que el universo tiene una edad de 13.700 millones
de años. Esta cifra se ha obtenido a partir de los datos recogidos desde el año
2001 por la sonda
WMAP (
Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) situada en el punto
Lagrange 2.
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| Mapa del fondo cósmico de microondas obtenido por la sonda WMAP |
Si revisamos la literatura que apoya la cifra de 13.700
millones de años, surge la siguiente afirmación. El cálculo de la edad del
universo sólo es preciso, si los supuestos del modelo utilizado para calcularlo
son también precisos. Esto no es una
salvedad insignificante todo este asunto.
No me malinterpreten, 13.700 millones de años es,
probablemente una cifra más o menos precisa, pero parece más que probable, que en
los próximos cinco o diez años, a medida que lleguen nuevos datos del telescopio
Planck, o quizás del Hubble o incluso nuevos análisis de los datos del ya
retirado WMAP, pueda surgir algo nuevo que obligue a un reajuste del modelo
general.
Dejando WMAP de lado por un momento, un cálculo aproximado
de la edad del universo puede estar limitado por el hecho de estimar la edad de
viejas estrellas. Con este propósito, normalmente
se observan cúmulos globulares en la Vía Láctea, en lo que se hallan
probablemente las estrellas más antiguas de la galaxia. Se cree que todas las
estrellas que forman parte del mismo cúmulo se formaron al mismo tiempo por lo que
hay disponible una buena colección de fuentes de datos sobre de la luminosidad
y la espectroscopia de esas estrellas. Resulta que los cúmulos más antiguos en
la Vía Láctea, como M92, están compuestos de estrellas pequeñas y por lo tanto con
una larga vida, con una masa de 0,7 masas solares cada una de ellas y en una
etapa evolutiva que las sitúa con una edad entre 10.000 y 20.000 millones de
años.
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| Cúmulo globular M92. |
Se trata, sin embargo, de una estimación bastante aproximada
con un amplio margen de error. Si estrechamos el cálculo podemos limitar esta
estimación a valores entre 12.000 y 16.000 millones de años. Por lo que 13.700 encaja perfectamente entre estos
valores. Sin embargo lo que realmente queremos de las estimaciones de la edad de
las estrellas es conseguir un límite inferior para la edad del universo, puesto
que no puede ser más joven que las estrellas que contiene. Así, con esta
lógica, el universo no puede ser menor de 10.000, quizás 12.000 millones de años.
El valor de los datos de cúmulo globular se obtiene de
objetos bastante próximos de la Vía Láctea y los cálculos subyacentes se basan
en el diagrama de evolución estelar de Herzsprung-Russell, rico en datos y
bastante fiable. Existen un montón de estrellas viejas en otros lugares en el
universo, así como quásares y otros objetos antiguos, que están muy distantes, y
que tienen potencialmente una edad mayor, precisamente por esa razón.
La erupción de rayos gamma GRB 090429B observada en abril de
2009, mantiene hasta la fecha el record del objeto observado más antiguo y
lejano. Puede haber sido una supernova.
Fuera lo que fuese, se estima que ocurrió hace más de 13.000 millones de
años. Sin embargo cada vez que tratamos
de calcular la edad de algo muy lejano, entran en juego un conjunto de
supuestos sobre la densidad del universo, su curvatura o su ritmo de expansión
que son los mismos supuestos que complican la estimación del WMAP.
La sonda WMAP creó un mapa del fondo cósmico de microondas
(FCM) de todo el cielo con una resolución de 13 minutos de arco. A partir de
ahí, es en gran medida una cuestión de utilizar el desplazamiento al rojo como una
medida de distancia, ya que cuanto más ha viajado la luz, más viejo es el punto
del que procede. El punto de origen del fondo cósmico de microondas se denomina
superficie de la última dispersión.
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| Todo lo que podemos ver es posterior a la última dispersión. |
Cuando el universo tenía alrededor de 380.000 años, se
formaron los primeros átomos a partir del plasma, y de repente el universo se
hizo transparente a la radiación, por lo que la luz podía atravesar largas
distancias. Hasta entonces los fotones eran continuamente emitidos para luego
ser reabsorbidos, de ahí su dispersión por el plasma. Esos primeros rayos de luz,
el FCM, fueron emitidos pero no inmediatamente reabsorbidos. Por lo tanto,
fuera lo que fuera lo último en emitirlos, presumiblemente un conjunto muy
caliente de iones y electrones, supuso la superficie de la última dispersión.
En un universo en expansión, nos estamos alejando de esa
superficie, de igual forma que nos alejamos de las galaxias distantes. Pero al
ser un flash de luz sin precedentes y nunca repetido que fue emitido por todo
el universo, el FCM sigue impregnando todo el universo, a diferencia del flash
de luz emitido desde un único punto de origen, como una supernova. Así que a
pesar de que realmente fue emitido desde una superficie y en un momento
determinado en el tiempo, nunca se va a mover hacia adelante adelantándonos
como un frente de onda, porque el mismo universo entero que una vez lo emitió,
es el mismo universo en el que ahora vivimos.
De todos modos, conocemos bastante bien la temperatura de la
última dispersión, ya que podemos
replicar los procesos de recombinación del plasma en un laboratorio. De este
modo, el cambio de la temperatura inicial de 3000º K a la temperatura actual de
2,7º K del FCM, es el resultado de corrimiento al rojo, que nos da la distancia
y por lo tanto el tiempo transcurrido desde que ocurrió la última dispersión.
El calendario de todos los acontecimientos que precedieron a
la última dispersión se deriva en gran medida de experimentos del Acelerador de
Partículas y de cálculos de la física cuántica que determinan las temperaturas
y las densidades y, por tanto, todos los pasos y el marco de referencia
temporal en el que el universo se hizo lo suficientemente grande y frío para
liberar el FCM.
Por tanto, seguir adelante partiendo del FCM, es
prácticamente seguir las ecuaciones de campo de Einstein. La sonda WMAP no sólo
proporciona datos de temperatura, sino también datos acerca de la forma del
universo ya que asigna un FCM a todo el firmamento. Por lo tanto, si alguna
zona estuviera más caliente y, por tanto, más cerca que otra, sugeriría que el
universo es curvo bien hacia afuera o bien hacia adentro. Pero no es así, por
eso decimos que el universo es espacialmente plano. Y esto es clave para poder
calcular una estimación de su edad, ya que un universo curvado hacia adentro o
cerrado habría comenzado más recientemente, y un universo curvado hacia fuera o
abierto habría comenzado hace más tiempo que nuestro aparentemente universo
plano.
Así que, en resumen, sólo hay que medir la temperatura
actual del fondo cósmico de microondas (FCM) ya que se puede ver cuánto se ha
desplazado al rojo, o cuánto ha sido estirado por la expansión del universo. A
continuación, sólo hay que utilizar las ecuaciones de campo de Einstein para
calcular cómo se ha expandido el
universo para producir ese desplazamiento al rojo, porque una vez que podemos
cuantificar la expansión, sabemos durante cuánto tiempo se ha producido la
expansión. A continuación, bastará con agregar los 380.000 desde el Big Bang hasta
la liberación del FCM y voilà obtendremos 13.700 millones de años, la edad del
universo.
Pero una vez más, para obtener una estimación de la edad partiendo
de una tasa de expansión, se necesita tener en cuenta los cambios en la
densidad de energía y la curvatura de espacio-tiempo a lo largo de la evolución
del universo y las cifras que tenemos al respecto se basan en asumir la
homogeneidad del universo, la energía oscura y la, igualmente misteriosa, inflación cósmica temprana, necesaria a su vez para
explicar por qué el universo es homogéneo.
El hecho de que las diversas hipótesis actuales se apoyen
mutuamente en favor de un determinado modelo cosmológico podría definirse como un
caso de sesgo de selección, especialmente cuando ese modelo incluye cosas tan
extrañas como la energía oscura. Por
tanto, 13.700 millones de años es tan solo una cifra aproximada.
Traducción de la transcripción del Podcast en 365 Days or Astronomy
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