Idade do universo

Quando ocorreu o Big Bang? Estimativas sobre essa data são obtidas principalmente por meio de duas metodologias:

• Pela observação das estrelas mais antigas.
• Pelo cálculo da taxa de expansão do universo e a 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 contêm, cada um, cerca de um milhão 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.

Tomemos o Sol como exemplo: uma estrela com sua massa queima combustível por aproximadamente 10 bilhões de anos. Considerando que ele já viveu 4,5 bilhões de anos, restam cerca de 5,5 bilhões de anos de vida.

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, com idades estimadas, historicamente, entre 11 e 18 bilhões de anos. Estudos mais recentes, porém, indicam que a maioria está na faixa de 11 a 13 bilhões de anos.

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.

Mas uma coisa é certa: o universo precisa ser, no mínimo, mais velho do que os aglomerados globulares que ele abriga.

Um método alternativo para estimar a idade do universo é determinar sua taxa de expansão - a constante de Hubble (H₀). Esse valor, que depende da densidade e composição do cosmos, permite retroceder matematicamente até o Big Bang.

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

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.

Já sabemos que o elemento dominante no universo, compondo 68,3% de sua densidade, é a enigmática energia escura, dotada de efeito gravitacional repulsivo.

Até pouco tempo atrás, as melhores estimativas para a constante de Hubble variavam entre 65 e 80 km/s/Mpc, sendo 72 km/s/Mpc o valor mais aceito. Isso leva a uma idade aproximada entre 12 e 14 bilhões de anos.

A missão WMAP, lançada pela NASA em 2001 e ativa até 2010, realizou medições de densidade, composição e taxa de expansão do universo com acurácia superior a 1,5%. O resultado foi 13,77 ± 0,059 bilhões de anos para a idade do Universo (margem de erro de apenas ∼0,43% para mais ou para menos).

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.

Pesquisas posteriores refinaram o número, sempre dentro da mesma ordem de grandeza, mas com acurácia crescente. A sonda Planck, da Agência Espacial Europeia, ao mapear a radiação cósmica de fundo com resolução angular mais elevada e modelagem cosmológica mais precisa, obteve a estimativa hoje mais aceita para a idade do universo: cerca de 13,82 bilhões de anos - valor ligeiramente superior ao encontrado pela WMAP, além de apresentar margem de incerteza ainda menor (inferior a 0,2%).