Idade do universo

A idade do universo é estimada principalmente por meio de duas abordagens complementares:

• Observação das estrelas mais antigas.
• Cálculo da taxa de expansão do universo e utilização desse valor para retroceder no tempo até o Big Bang.

Um valor mínimo para a idade do universo pode ser determinado a partir do estudo de aglomerados globulares - agrupamentos extremamente densos, que podem conter centenas de milhares ou até milhões de estrelas.

Nas regiões centrais de um aglomerado globular, a concentração de estrelas é impressionante. Se estivéssemos próximos de um local assim, haveria centenas de estrelas mais próximas de nós do que Proxima Centauri, a estrela mais próxima do Sol.

A vida de uma estrela depende de sua massa:

• Estrelas muito massivas são extremamente brilhantes e têm vida curta, pois consomem rapidamente seu hidrogênio.
• Estrelas menos massivas queimam combustível lentamente e vivem muito mais.

Esses fatos permitem calcular a idade dos aglomerados globulares e, com isso, estimar a idade mínima do universo - afinal, nenhuma estrela pode ser mais velha do que o próprio cosmos.

Uma estrela de massa semelhante à do Sol permanece na sequência principal por aproximadamente 10 bilhões de anos. Nossa estrela central tem aproximadamente 4,6 bilhões de anos, estimando-se que permaneça nessa fase por mais cerca de 5 bilhões de anos.

Uma estrela com o dobro da massa do Sol esgota seu combustível em aproximadamente 800 milhões de anos, enquanto uma estrela cerca de dez vezes mais massiva pode brilhar milhares de vezes mais intensamente e durar apenas algumas dezenas de milhões de anos.

Observações revelam que alguns aglomerados globulares possuem somente estrelas com menos de 0,7 massas solares. Esses aglomerados são os mais antigos, apresentando idades estimadas da ordem de 12 a 13 bilhões de anos, embora essas determinações ainda estejam sujeitas a incertezas relacionadas aos modelos de evolução estelar, às distâncias e às propriedades das estrelas.

A margem ainda é ampla devido a incertezas sobre o brilho e a massa dessas estrelas, além das dificuldades em determinar com precisão a distância até os aglomerados. Também permanecem dúvidas sobre alguns detalhes da evolução estelar.

A idade dos aglomerados globulares fornece um limite inferior para a idade do universo: o cosmos precisa ser pelo menos tão antigo quanto os objetos que nele se formaram.

Outro método para estimar a idade do universo consiste em determinar sua taxa de expansão atual, expressa pela constante de Hubble (H₀), e combinar esse valor com as densidades de matéria, radiação e energia escura. Com esses parâmetros, é possível reconstruir matematicamente a história da expansão e estimar quanto tempo se passou desde seu início.

Duas situações são possíveis:

• Se o universo for plano e dominado apenas por matéria (sem energia escura), sua idade é aproximadamente 2/(3H₀).
• Se a densidade de matéria for muito baixa - ou se houver um componente que acelere a expansão - a idade se aproxima de 1/H₀.

Essas expressões são aproximações para modelos cosmológicos idealizados. Na prática, a idade do universo é calculada integrando a taxa de expansão ao longo de sua história, levando em conta seus diferentes componentes.

Conforme vimos no artigo anterior, tudo indica que o universo realmente é plano, e que a matéria constitui a menor parte em sua composição. Portanto, o modelo que melhor descreve o cosmos atual - plano e dominado por energia escura - conduz a uma idade maior do que aquela prevista para um universo dominado apenas por matéria.

Se o cosmos fosse dominado por matéria (ordinária e/ou escura), sua idade seria de aproximadamente 9 bilhões de anos - valor incompatível com a idade mínima dos aglomerados globulares, que é de pelo menos 11 bilhões de anos.

Mas sabemos que o componente dominante do universo, responsável por cerca de 68,3% de sua densidade de energia, é a energia escura, associada à aceleração da expansão cósmica.

As determinações da constante de Hubble não fornecem todas exatamente o mesmo valor. A partir das observações da radiação cósmica de fundo, interpretadas no contexto do modelo Λ-CDM, o Planck encontrou um valor de aproximadamente 67,4 km/s/Mpc.

Métodos baseados em observações mais próximas, como a escada de distâncias cósmicas, produzem valores mais elevados, próximos de 73 km/s/Mpc. Essa diferença, conhecida como tensão de Hubble, permanece uma das questões importantes da cosmologia contemporânea.

Por isso, a idade do universo não é obtida simplesmente tomando o inverso de H₀: é necessário considerar a história completa de sua expansão e os diferentes componentes de seu conteúdo.

A missão WMAP, lançada pela NASA em 2001 e ativa até 2010, realizou medições extremamente precisas das anisotropias da radiação cósmica de fundo. Combinados com outros dados cosmológicos e interpretados no contexto do modelo Λ-CDM, esses resultados permitiram determinar a idade do universo com grande precisão: 13,772 ± 0,059 bilhões de anos.

Esse cálculo assume que o universo seja plano - hipótese consistente com o modelo inflacionário, que prevê uma geometria espacial muito próxima da plana. Relaxando essa suposição, a incerteza cresce cerca de 1 ponto percentual.

O valor obtido pela equipe WMAP é compatível com a faixa etária estimada para os aglomerados globulares mais antigos, funcionando como uma importante confirmação observacional do modelo do Big Bang.

A missão Planck, da Agência Espacial Europeia (ESA), refinou ainda mais essa estimativa. Seus resultados finais, obtidos a partir do mapeamento detalhado da radiação cósmica de fundo, indicam uma idade de aproximadamente 13,8 bilhões de anos, com incerteza estatística de apenas cerca de 0,02 bilhão de anos no modelo cosmológico padrão.

A idade, portanto, não é obtida por um único relógio cósmico. Ela resulta da combinação entre observações e um modelo físico capaz de descrever a evolução do universo. De modo mais exato, os parâmetros finais apresentados pela ESA dão 13,797 ± 0,023 bilhões de anos.

Ou seja, já sabemos, com uma margem de erro bem pequena, há quanto tempo existe o universo como conhecemos. Surge, então, outra pergunta: quanto tempo ele ainda vai durar? Haverá de fato um desfecho? Este é o tema do próximo artigo desta série.