Idade do Universo

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^{[1][nota 1][2][3][4][5]}. 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.^[6]

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.^[5][7]

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.^[8] 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.^[9][10][11]

Idade dos aglomerados estelares antigos

Estrelas que se encontram na sequência principal apresentam uma relação entre a sua luminosidade e sua massa segundo a relação massa-luminosidade, descrita por Jakob Karl Ernst Halm^[12]. Segundo essa relação ${\displaystyle L\propto M^{n}}$, com ${\displaystyle n}$ variando entre ${\displaystyle 2.5}$ e ${\displaystyle 4}$ a depender da massa da estrela^[13]. Usualmente, o valor ${\displaystyle n=3.5}$ é utilizado para estrelas na sequência principal. Dado que o tempo ${\displaystyle T}$ da vida de uma estrela pode ser aproximado por ${\displaystyle T\approx M/L}$^[14], teremos a relação:

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

em que ${\displaystyle K}$ é uma constante.

Assim, a partir da luminosidade da estrela na sequência principal mais brilhante de um aglomerado, é possível definir a idade limite desse aglomerado:

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

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.^[15] Gratton et al. calcularam idades entre 8,5 e 13,3 bilhões de anos, sendo o valor mais provável 12,1 bilhões.^[16] 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.^[17][18]

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^[19], 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.^[20]

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.^[21] 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).^[22] 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.^[23][24] Ela também apresenta flutuações da ordem de 1 até 10 µK (micro-Kelvin), o que pode ser confundido com 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 obtém-se 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.^[25][22][26]

Notas

1. Um bilhão na escala curta corresponde a mil milhões na escala longa.

Referências

1. Planck Collaboration (2018). «Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters (See PDF, page 15, Table 2, Age/Gyr, last column).». arXiv:1807.06209
2. «The Age of the Universe with New Accuracy». Consultado em 29 de dezembro de 2006
3. «Qual a idade do Universo». Consultado em 13 de janeiro de 2010
4. Chang, Kenneth (9 de março de 2008). «Gauging Age of Universe Becomes More Precise». The New York Times (em inglês). Consultado em 24 de setembro de 2008
5. «Como medir a idade do Universo»
6. The Universe Is 13.82 Billion Years Old publicado em 28/3/2014 por PHIL PLAIT
7. «The U/Th production ratio and the age of the Milky Way from meteorites and Galactic halo stars» (em inglês). Nature
8. «R-Process Abundances and Chronometers in Metal-Poor Stars»
9. «How Old is the Universe?»
10. «Uranium-238: A new stellar chronometer»
11. «The r-process in the neutrino winds of core-collapse supernovae and U-Th cosmochronology»
12. Kuiper, G. P. (novembro de 1938). «The Empirical Mass-Luminosity Relation.». The Astrophysical Journal (em inglês). 472 páginas. ISSN 0004-637X. doi:10.1086/143999. Consultado em 16 de maio de 2025
13. «A relação Massa-Luminosidade». astro.if.ufrgs.br. Consultado em 16 de maio de 2025
14. «The Mass-Luminosity Relationship | Astronomy 801: Planets, Stars, Galaxies, and the Universe». www.e-education.psu.edu. Consultado em 16 de maio de 2025
15. «A Lower Limit on the Age of the Universe»
16. «Ages of Globular Clusters from Hipparcos Parallaxes of Local Subdwarfs»
17. «Younger and brighter - New distances to globular clusters based on Hipparcos parallax measurements of local subdwarfs»
18. «The Age Of Globular Clusters In Light Of Hipparcos: Resolving the Age Problem?»
19. «Hubble Uncovers Oldest "Clocks" In Space To Read Age Of Universe»
20. «HST Observations of the White Dwarf Cooling Sequence of M4»
21. «Planck: a nave espacial criogênica atingiu seu destino no ponto de Lagrange L2»
22. «Expanding Universe»
23. «The Solar System»
24. «Galaxies»
25. «A taxa de expansão do Universo foi recalculada com o dobro da precisão»
26. «SAO/NASA ADS Astronomy Abstract Service»

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