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Edad del universo

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  • 1. La edad del Universo, de acuerdo con la Teoría del Big Bang, es el tiempo transcurrido desde elBig Bang hasta el presente. El consenso de los científicos contemporáneos es de unos 13.700.000.000(trece mil setecientos millones) de años. ExplicaciónSegún la ciencia moderna el modelo más prudente (y ampliamente aceptado) de la formación delUniverso es el Big Bang. La Teoría del Big Bang no especula sobre qué puede haber existido "antes",incluso si esta pregunta tiene algún sentido. Sin embargo hay alternativas. En algunos modeloscosmológicos (como la Teoría del Estado Estacionario o el Universo estático) donde no hay Big Bang yel Universo tiene edad infinita: sin embargo, los científicos contemporáneos consensúan que laspruebas observacionales irrefrenablemente apoyan la ocurrencia de un Big Bang. Hay también modeloscosmológicos (como el modelo cíclico) en el que el Universo ha existido siempre pero ha sufrido unaserie repetida de Big Bangs y Big Crunchs. Si estos modelos son correctos, entonces la edad delUniverso descrita en este artículo se puede tomar como el tiempo transcurrido desde el último BigBang hasta el presente. Hay siempre una ambigüedad en la relatividad especial y la relatividad general definiendo de formaprecisa que se entiende por tiempo entre dos eventos. En general, el tiempo propio medido por un relojdepende de su estado de movimiento. En la métrica FLRW generalmente se toma para describir elUniverso, la medida preferida de tiempo es la coordenada del tiempo (t) que aparece en la métrica. Edad basada en los resultados del WMAP El proyecto WMAP de la NASA estimó la edad del Universo en: (13,7 ± 0,2) × 109 años. Esto es, el Universo tiene unos 13.700 millones de años, con una incertidumbre de 200 millones deaños. Sin embargo, esta edad está basada en la suposición de que el modelo utilizado en el proyecto escorrecto; otros métodos de estimación de la edad del Universo podrían dar edades diferentes.Esta medida está realizada utilizando la localización del primer pico acústico en el espectro de potenciade la radiación de fondo de microondas para determinar el tamaño de la superficie desacople (tamañodel Universo en el momento de la recombinación). El tiempo de viaje de la luz a esta superficie(dependiendo de la geometría utilizada) produce una edad fiable para el Universo. Asumiendo lavalidez de los modelos utilizados para determinar esta edad, la precisión residual proporciona unmargen de error cercano al 1%.Este es el valor más citado por los astrónomos contemporáneos.
  • 2. Edad como función de parámetros cosmológicosEl problema de determinar la edad del Universo está más cerca del problema de determinar los valoresde los parámetros cosmológicos. Hoy esto está ampliamente superado en el contexto del modeloΛCDM, donde se asume que el Universo contiene materia normal (bariónica), materia oscura fría,radiación (protones y neutrinos) y una constante cosmológica. La contribucción fraccional de cadadensidad de energía actual del Universo viene dado por los parámetros de densidad Ω m, Ωr y ΩΛ. Elmodelo completo ΛCDM está descrito por otros parámetros, pero para el propósito del cálculo de laedad del Universo, estos tres, junto con la constante de Hubble H0 son los más importantes.Si una de las medidas de estos parámetros fuera exacta, entonces la edad del Universo se podríadeterminar usando la ecuación de Friedmann. Esta ecuación relaciona la tasa de cambio en el factor deescala a(t) con la materia total del Universo. Dando la vuelta a esta relación, podemos calcular elcambio en el tiempo por los cambios en el factor de escala y así calcular la edad total del Universointegrando esta fórmula. La edad t0 está entonces dada por una expresión de la forma:Dónde la función F() depende sólo de la contribución fraccional del contenido de la energía delUniverso que viene de varios componentes. La primera observación que uno puede hacer de estafórmula es que es el parámetro Hubble el que controla la edad del Universo, con una correcciónprocedente del contenido de materia y energía. Así se puede hacer una estimación aproximada de laedad del Universo como el inverso del parámetro de Hubble,Para obtener un número más exacto, se tiene que calcular el factor de corrección F(). En general tieneque hacerse numéricamente y el resultado para un rango de parámetros cosmológicos se muetra en lafigura. Para los valores WMAP (Ωm, ΩΛ) = (0.266, 0.732), mostrados en la caja de la parte superiorizquierda de la figura, este factor de corrección es muy próximo a uno: F = 0.996. Para un Universoplano sin constante cosmológica, mostrado con la estrella en la esquina inferior derecha, F = 2 / 3 esmucho menor y así en Universo es más joven para un valor fijo del parámetro de Hubble. Para haceresta figura, Ωr es considerada como constante (rudamente equivalente a mantener la temperatura delfondo de radiación de fondo de microondas constante) y el parámetro de densidad de curvartura estáfijado por el valor de los otros tres.El WMAP fue el instrumento utilizado para establecer una edad exacta del Universo, aunque otrasmedidas tienen que ser tomadas en cuenta para obtener el número exacto. Las medidas del fondo deradiación de microondas son muy buenas para acotar la materia contenida Ω m y el parámetro decurvatura Ωk. No es tan sensible a ΩΛ directamente, parcialmente porque la constante cosmológica sólollega a ser importante en pequeños corrimientos al rojo. Las determinaciones más exactas del
  • 3. parámetro Hubble H0 vienen de las supernovas de tipo SNIa. Combinando estas medidas conducen aun valor generalmente aceptado para la edad del Universo citado arriba.La constante consmológica hace que el Universo "anciano" para valores fijos de otros parámetros. Estoes significativo, ya que la constante cosmológica está aceptada generalmente, el modelo del Big Bangtendría dificultades explicando el por qué de los cúmulos globulares en la Vía Láctea parece estar lejosde la edad del Universo calculada del parámetro Hubble y un Universo de sólo materia. ntroduciendo laconstante cosmológica permite al Universo ser más viejo que estos cúmulos, así como explicar otrascaracterísticas que el modelo cósmológico de solo materia no puede.La edad del Universo puede determinarse midiendo la constante de Hubble actual y extrapolando hacia atrás en el tiempo con los valores observados de los parámetros de densidad (O). Antes deldescubrimiento de la energía oscura, se creía que el Universo era dominante en materia y así O en estegráfico se corresponde con Ωm. Nótese que la aceleración de la expansión del Universo fue la era más larga, mientras que el Big Crunch del Universo fue la edad más corta. El valor del factor de corrección de la edad F es mostrado como función de dos parámetros cosmológicos: la densidad de materia fraccional actual Ωm y la constante cosmológica de densidadΩΛ. Los valores más exactos de estos parámetos se muestran en la caja de la parte superior izquierda, la materia dominante del Universo se muestra con la estrella en la parte inferior derecha.
  • 4. Edad basada en el ciclo CNO Algunos estudios recientes de gran controversia demuestran que el ciclo CNO es dos veces más lentode lo que previamente se creía, llegando a la conclusión de que el Universo podría ser mil millones deaños más viejo (unos 15.000 millones de años) que las estimaciones anteriores. Fuertes suposiciones previasEl cálculo de la edad del Universo es sólo exacto si las suposiciones de los modelos utilizados sontambién exactas. Estas se conocen como suposiciones fuertes y esencialmente implica deshacer loserrores potenciales en otras partes del modelo para obtener la exactitud de los datos observacionalesactuales directamente en resultados concluidos. Aunque este no es un procedimiento totalmente válidoen ciertos contextos, debería notarse que la advertencia, "basado en el hecho de asumir el modelosubyacente utilizado es correcto", entonces la edad dada es aproximada al error especificado (ya queeste error representa el error del instrumental utilizado para formar la entrada de datos sin formato delmodelo).La edad del Universo basada en el "mejor ajuste" a los datos WMAP es "sólo" 13.4±0.3 Gyr (el númeroligeramente superior de 13.7 incluye algunos otros datos mezclados). Este número representa laprimera medida "directa" exacta de la edad del Universo (otros métodos típicamente involucran la leyde Hubble y la edad de las estrellas más viejas en los cúmulos globulares, etc). Es posible utilizarmétodos diferentes para determinar el mismo parámetro (en este caso, la edad del Universo) y llegar arespuestas diferentes sin solapamiento en los "errores". Para abordar el problema de la mejor maneraposible, es común mostrar dos conjuntos de incertidumbres: una relacionada con las medidas actuales yla otra con los errores sistemáticos del modelo que se está usando.Un componente importante para el análisis de datos utilizado para determinar la edad del Universo (p.ejdesde el WMAP) es por tanto es utilizar un análisis bayesiano, que normalizaba el resultado basado ensuposiciones (p.ej. modelo). Esto cuantifica cualquier incertidumbre en la precisión de una medidadebido al modelo utilizado.