La edad del Universo

La edad del Universo

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.




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.





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.




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.

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