Como os cientistas sabem a idade do universo?

Uma dúvida muito comum não só entre os céticos e terraplanistas, mas entre todas as pessoas, independente de credo, religião, idade, grau de estudo ou partido político é: como o pessoal consegue afirmar a idade do universo?

Ainda mais que a cifra é um tanto quanto elevada: nada mais nada menos do 13.8 bilhões de anos. Sim, 13 bilhõezinhos. Para efeitos de comparação nosso sol e Terra tem 4.6 e 4.54 bilhões de anos, respectivamente. Para ver em detalhes a idade do universo e a ordem em que tudo se formou, vem aqui.

Mas voltando à questão. A cifra exata (ou o mais próximo que podemos chegar de uma cifra exata nesse momento) só pôde ser conseguida recentemente, quando a ciência chegou a um nível de avanço que permitiu sermos capazes de aferir algo nessas proporções. Hoje os métodos que corroboram o número acima são vários. Veremos 2 deles, os preferidos pelos astrônomos.

Método 1: Estrelas

Bom, o universo não pode ser mais jovem que os objetos contidos dentro dele, certo? Por isso, determinar a idade das coisas que estão dentro dele é um bom ponto de partida para começarmos a decifrar a idade do universo. E, nesse caso, as estrelas são a melhor chance dos cientistas.

Estrelas foram uma das primeiras coisas a serem criadas no universo após a explosão do Big Bang e têm seu ciclo de vida baseado em sua massa e, consequentemente, na quantidade de combustível que tem em seu interior; quanto mais massiva ela for, mais rápido irá queimar hidrogênio e convertê-lo em hélio. Assim, uma estrela 10 vezes mais massiva que o nosso sol queimará seu suprimento de combustível em meros 20 milhões de anos, enquanto que uma estrela com metade da massa do sol durará mais de 20 bilhões de anos.

Além disso, a massa também afeta o brilho e luminosidade de uma estrela; estrelas mais massivas são mais brilhantes. Estrelas azuis são jovens e estão de "tanque cheio", estrelas amarelas, como nosso sol, estão na meia vida e estrelas vermelhas estão velhinhas e próximas de ficar sem combustível, quando começam a "desligar os motores" e se preparam para evoluir para uma estrela vermelha gigante ou supergigante.

Bom, voltando no tempo até as primeiras estrelas, conhecidas como estrelas da População III, elas eram enormes e de curta duração. Contendo apenas os habituais elementos hidrogênio e hélio, foi através da sua fusão que surgiram os demais elementos que ajudariam a construir a próxima geração de estrelas e assim por diante. Os cientistas têm procurado vestígios das primeiras estrelas há décadas.

Mas primeiras estrelas não são a única maneira de achar pistas sobre a idade do universo. Agrupamentos de estrelas conhecidas como "aglomerados globulares" ou "clusters globulares" também ajudam nos cálculos. Observando as estrelas dos clusters mais antigos percebe-se que algumas delas parecem ter idades que variam entre 11 e 18 bilhões de anos (a dificuldade em dar valores exatos vem do problema em identificar as distâncias corretas até o aglomerado, o que afeta as estimativas de brilho e, portanto, de massa e, portanto, sua idade.

Assim como os arqueólogos usam fósseis para reconstruir a história da Terra, os astrônomos usam aglomerados globulares para reconstruir a história da galáxia. Existem cerca de 150 deles na Via Láctea, apenas, de modo que cada um desses aglomerados é um fóssil ambulante no espaço dando dicas para os estudiosos.

Bom, voltando à frase inicial deste capítulo: as coisas dentro do universo não podem ser mais antigas do que o próprio universo em si. Assim, já sabemos que ele tem, no mínimo, 11 bilhões de anos. Pode ser mais antigo, mas não mais novo do que isso. Para refinar a cifra vamos usar o segundo método.

Adendo caso você esteja se perguntando: Não, o nosso sol não faz parte de um cluster globular de estrelas.

Existem vários tipos de clusters que vemos no céu. O mais familiar é o "aglomerado aberto", um grupo de estrelas que se formaram juntas e permaneceram próximas, como as Plêiades.

À medida que as estrelas se afastam, elas podem se tornar parte de um "grupo em movimento", uma coleção de estrelas que não parecem ser um cluster, mas como compartilham a mesma idade e direção de movimento, podemos dizer que elas costumavam ser um cluster. Muitas estrelas próximas da Terra fazem parte do grupo em movimento da Ursa Maior, por exemplo, mas o sol não é uma delas; ele apenas está na mesma parte da Via Láctea.

Provavelmente, o sol fez parte de um aglomerado pouco depois de ter se formado, mas tal formação há muito tempo se desfez (questões como expulsão de gases, campos de ondas galácticas e interações dinâmicas empurram as estrelas e faz com que estes clusters globulares não durem mais do que 10 milhões de anos, mais ou menos). Até hoje (ainda) não sabemos de nenhuma outra estrela que aparenta ter vindo do mesmo cluster.

Método 2: Expansão do universo

O universo em que vivemos não é plano nem imutável, muito pelo contrário: Ele está em constante expansão, afinal, estamos falando de um universo inflacionário, como gostam de dizer os astrônomos. Sabendo a taxa de expansão - chamada de constante de Hubble - é só fazer uma engenharia reversa e ir voltando até chegar no Big Bang. Pronto, dessa forma você calculou, de trás para a frente, a idade do universo.

Mas e para saber essa taxa de expansão? Pois é, encontrar essa medida, às vezes, não é tão simples.

Diversos fatores determinam o valor dessa constante. O primeiro é o tipo de matéria que domina o universo. Portanto, os cientistas devem determinar a proporção de matéria regular e matéria escura para energia escura. Além disso, a densidade também desempenha um papel importante no rolo todo: um universo com baixa densidade de matéria é mais antigo do que um universo repleto de matéria.

Para determinar a densidade e composição do universo, os cientistas confiam em missões como a da sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe da NASA (WMAP) e a espaçonave Planck, da Agência Espacial Europeia. Medindo a radiação térmica que sobrou do Big Bang, missões como estas são capazes de determinar a densidade, a composição e a taxa de expansão do universo. A radiação remanescente é conhecida como fundo cósmico de microondas, e tanto a WMAP quanto o Planck a mapearam.

Em 2012, a WMAP estimou a idade do universo em 13,772 bilhões de anos, com uma incerteza de míseros 59 milhões de anos, enquanto que, no ano seguinte, a Planck mediu a idade do universo em 13,82 bilhões de anos. Ambos caem dentro do limite inferior de 11 bilhões de anos oriundos dos aglomerados globulares, mostrando que eles estão no páreo.

O Telescópio Espacial Spitzer da NASA também ajudou a calcular a idade do universo, ao reduzir a incerteza da constante de Hubble. Ao combinar suas medições com as medições da WMAP, os cientistas foram capazes de fazer cálculos independentes da atração da energia escura.

Há pouco mais de uma década, não era possível usar a palavra "precisa" para descrever a Constante de Hubble, coisa que mudou nos últimos anos. Agora temos uma certeza de mais de 99% na idade do cosmos, é realmente impressionante.

Resumindo, a cifra de 13.8 bilhões de anos como idade do universo está amparada por dois métodos: nossa história cósmica e medição de estrelas locais. Claro que a ciência pode evoluir daqui 20 ou 50 anos e cravar esse número em 13,6 ou 14,0 bilhões de anos, mas as chances dela afirmar que o número correto é 13,0 ou 15,0 bilhões de anos são nulas. Estamos mais próximos do que distantes do valor correto.

Fiquemos com os 13,8 bilhões de anos então, que é mais garantido e agora você já sabe como foi calculado.