Timpul Hubble (vârsta Universului) de la Big Bang

Dacă am avea un film al universului în expansiune și am rula filmul înapoi, ce am vedea? Galaxiile, în loc să se depărteze, s-ar mișca împreună în filmul nostru – apropiindu-se tot mai mult. În cele din urmă, vom descoperi că toată materia pe care o putem vedea astăzi a fost odată concentrată într-un volum infinitezimal de mic. Astronomii identifică această perioadă cu începutul universului. Explozia acelui univers concentrat la începutul timpului se numește Big Bang (nu este un termen rău, deoarece nu poți avea un bang mai mare decât unul care creează întregul univers). Dar când a avut loc această explozie?

Putem face o estimare rezonabilă a timpului de când a început expansiunea universală. Pentru a vedea cum fac astronomii acest lucru, să începem cu o analogie. Să presupunem că clasa ta de astronomie decide să organizeze o petrecere (un fel de „Big Bang”) acasă la cineva pentru a sărbători sfârșitul semestrului. Din păcate, toată lumea sărbătorește cu atât de mult entuziasm, încât vecinii sună la poliție, care sosește și îi alungă pe toți în același moment. Ajungi acasă la 2 a.m., încă oarecum supărat de felul în care s-a încheiat petrecerea și realizezi că ai uitat să te uiți la ceas pentru a vedea la ce oră a ajuns poliția acolo. Dar folosești o hartă pentru a măsura că distanța dintre petrecere și casa ta este de 40 de kilometri. Și mai ții minte că ai condus toată călătoria cu o viteză constantă de 80 de kilometri/oră (de vreme ce erai îngrijorat de mașinile de poliție care te urmăreau). Prin urmare, călătoria trebuie să fi durat:

timpul = distanța/viteza = 40 kilometri/80 kilometri/ora = 0,5 ore

Deci petrecerea trebuie să se fi spart la 1:30 a.m.

Niciun om nu era prin preajmă să se uite la ceasurile lor când a început universul, dar putem folosi aceeași tehnică pentru a estima când galaxiile au început să se îndepărteze unele de altele. (Amintiți-vă că, în realitate, spațiul este cel care se extinde, nu galaxiile care se mișcă prin spațiul static.) Dacă putem măsura cât de departe sunt acum galaxiile și cât de repede se mișcă, ne putem da seama cât de lungă a fost călătoria.

Să numim vârsta universului măsurată în acest fel T₀. Să studiem mai întâi un caz simplu, presupunând că expansiunea a fost într-un ritm constant de când a început expansiunea universului. În acest caz, timpul necesar unei galaxii pentru a se deplasa pe o distanță, d, de Calea Lactee (rețineți că la început galaxiile erau toate împreună într-un volum foarte mic) este (ca în exemplul nostru)

T₀ = d/v

unde v este viteza galaxiei. Dacă putem măsura viteza cu care galaxiile se îndepărtează, precum și distanțele dintre ele, putem stabili cu cât timp în urmă a început expansiunea.

Efectuarea unor astfel de măsurători ar trebui să sune foarte familiar. Acesta este exact ceea ce Hubble și mulți astronomi după el au trebuit să facă pentru a stabili legea Hubble și constanta Hubble. Am aflat în Galaxii că distanța unei galaxii și viteza acesteia în universul în expansiune sunt legate de

V = H × d

unde H este constanta Hubble. Combinarea acestor două expresii ne dă

T₀ = d/v = d/(H × d) = 1/H

Vedem, deci, că sarcina de calcul a acestui timp a fost deja făcută pentru noi când astronomii au măsurat constanta Hubble. Vârsta universului estimată în acest fel se dovedește a fi doar reciproca constantei Hubble (adică 1/H). Această estimare a vârstei este uneori numită timpul Hubble. Pentru o constantă Hubble de 20 de kilometri/secundă per milion de ani lumină, timpul Hubble este de aproximativ 15 miliarde de ani. (Apropo, unitatea folosită de astronomi pentru constanta Hubble este kilometri/secundă per milion de parseci. În aceste unități, constanta Hubble este egală cu aproximativ 70 de kilometri/secundă per milion de parseci, din nou cu o incertitudine de aproximativ 5%).

Pentru a face numerele mai ușor de reținut, am făcut câteva rotunjiri aici. Estimările constantei Hubble sunt de fapt mai aproape de 21 sau 22 de kilometri/secundă per milion de ani-lumină, ceea ce ar face vârsta mai aproape de 14 miliarde de ani. Dar există încă o incertitudine de aproximativ 5% în constanta Hubble, ceea ce înseamnă că vârsta universului estimată în acest fel este, de asemenea, incertă cu aproximativ 5%.

Pentru a pune aceste incertitudini în perspectivă, totuși, ar trebui să știți că acum 50 de ani, incertitudinea avea un factor de 2. În ultimele două decenii s-au făcut progrese remarcabile în stabilirea constantei Hubble.

Sursa: Astronomy 2e, by OpenStax, access for free at https://openstax.org. ©2020 Rice University, licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare: Nicolae Sfetcu, © 2025 MultiMedia Publishing