Astronomi su donedavno procenjivali da se Veliki prasak dogodio između 12 i 14 milijardi godina. Smatra se da je Sunčev sistem star 4,5 milijardi godina i da ljudi postoje samo par miliona godina. Astronomi procenjuju starost svemira na dva načina:

1. traženjem najstarijih zvezda; i

2. merenjem brzine širenja svemira i interpolacijom unazad do Velikog praska;

Na osnovu starosti globularna jata

Astronomi mogu postaviti donju granicu starosti svemira proučavanjem globularnih (kuglastih) jata. Ta jata su gusti rojevi zvezda od otprilike milion zvezda. Gustina zvezda u blizini centra globularnog jata je ogromna. Da živimo blizu centra jedne, na našem nebu bismo imali nekoliko stotina hiljada zvezda koje su nam bliže od nama najbliže zvezde (ako ne računamo Sunce), Proksime Kentauri.

Globularno jato NGC 121 u sazvežđu Tukan u Malom Magelanovom oblaku. Otkrio ju je 1835. godine engleski astronom Džon Heršel. Jato NGC 121 je staro oko 10 milijardi godina. Slika je snimljena pomoću Hablove napredne kamere za ankete (ACS). (Slika: ESA/Hubble & NASA)

Životni ciklus zvezde zavisi od njene mase. Zvezde velike mase su mnogo sjajnije od zvezda male mase, tako da brzo sagorevaju kroz svoje vodoničko gorivom. Zvezda kao Sunce ima dovoljno goriva da gori pri svom trenutnom sjaju otprilike 9 milijardi godina. Zvezda koja je duplo masivnija od Sunca sagoreće svoje gorivo za samo 800 miliona godina. Zvezda od 10 solarnih masa, zvezda koja je 10 puta masivnija od Sunca, gori skoro hiljadu puta svetlije i ima goriva samo za 20 miliona godina života. Nasuprot tome, zvezda koja je upola masivna od Sunca gori dovoljno sporo da njeno gorivo može trajati više od 20 milijardi godina.

Sve zvezde u globularnom jatu formirane su otprilike u isto vreme, tako da mogu da služe kao kosmički časovnici. Ako je globularno jato staro više od 20 miliona godina, onda će sve njegove zvezde koje sagorevaju vodonik biti manje masivne od 10 solarnih masa. Ovo implicira da nijedna pojedinačna zvezda koja sagoreva vodonik neće biti više od 1000 puta sjajnija od Sunca. Ako je globularno jato staro više od 2 milijarde godina, onda neće postojati zvezda koja sagoreva vodonik masivnija od 2 solarne mase.

Najstarija globularna jata sadrže samo zvezde manje masivne od 0,7 solarne mase. Ove zvezde male mase su mnogo tamnije od Sunca. Ovo zapažanje sugeriše da su najstarija globularna jata stara između 11 i 18 milijardi godina. Neizvesnost u ovoj proceni je posledica poteškoća u određivanju tačne udaljenosti do globularnog jata (dakle, nesigurnost u sjaju a time i masi zvezda u jatu). Još jedan izvor neizvesnosti u ovoj proceni leži u našem neznanju o nekim finijim detaljima evolucije zvezda. Pretpostavlja se da je sam svemir star najmanje koliko i najstarija globularna jata koja se nalaze u njemu.

Procene na osnovu Velikog praska

Alternativni pristup proceni starost svemira je preko Hablove konstante. Hablova konstanta je mera trenutne brzine širenja svemira. Na osnovu toga možemo ekstrapolirati nazad do Velikog praska (estrapolacija ne znači da se Veliki prasak i desio). Ova ekstrapolacija zavisi od istorije brzine širenja koja zauzvrat zavisi od trenutne gustine svemira i od sastava svemira.

RS Puppis jedna od najsjajnijih cefeida vidljivih u našoj galaksiji. Astrofizičari koriste ovakve zvezde za jedan od načina izračunavanja brzine širenja univerzuma. (Hubble svemirski teleskop/NASA)

Mnogi astronomi naporno rade na merenju Hablove konstante koristeći niz različitih tehnika. Do nedavno, najbolje procene su se kretale od 65 km/sec/megaparsec do 80 km/sec/megaparsec, pri čemu je najbolja vrednost bila oko 72 km/sec/megaparsec. Astronomi veruju da je starost svemira između 12 i 14 milijardi godina.

Kriza u računanju starosti?

Ako uporedimo rezultate, postoji potencijalna kriza. Ako je svemira ravan i kojim dominira obična ili tamna materija, starost svemira prema Hablovoj konstanti bi bila oko 9 milijardi godina. Starost svemira bila bi kraća od starosti najstarijih zvezda. Ova kontradikcija govori da ili:

1. naše merenje Hablove konstante nije tačno,

2. teorija Velikog praska (i inflacije) je netačna ili

3. potreban nam je oblik kosmološke konstante koja implicira veću starost za datu posmatranu brzinu širenja.

Neki astronomi veruju da će ova kriza proći kada se merenja poboljšaju. Ako su astronomi koji su izmerili manje vrednosti Hablove konstante u pravu, i ako su manje procene starosti globularnih jata tačne, onda je sve u redu za teoriju Velikog praska, čak i bez kosmološke konstante. Ostaje da čekamo.

WMAP meri starost svemira

Merenja pomoću WMAP satelita mogu pomoći u određivanju starosti svemira. Detaljna struktura kosmičkih mikrotalasnih pozadinskih fluktuacija[1] zavisi od gustine svemira, sastava svemira i brzine njegovog širenja. Od 2013. godine, WMAP je ove parametre odredio sa tačnošću većom od 1,5%. Zauzvrat, znajući sastav sa ovom preciznošću, možemo proceniti starost svemira na oko plus minus 0,4%, tj. na 13,77 ± 0,059 milijardi godina!

Ilustracije Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) lansirane da meri pozadinsko mikrotalasno zračenje.

Kako nam WMAP podaci omogućavaju da odredimo starost svemira je 13,77 milijardi godina, sa nesigurnošću od samo 0,4%? Ključ za to je da, poznavajući sastav materije i gustinu energije u svemira, možemo koristiti Ajnštajnovu opštu relativnost da bismo izračunali koliko se brzo svemir širio u prošlosti. Sa tim informacijama možemo da vratimo sat unazad i odredimo kada je svemira imao „nultu” veličinu. Vreme između tada i sada je doba svemira. Treba imati na umu jedno upozorenje koje utiče na sigurnost određivanja starosti: pretpostavljamo da je svemira ravan, što je dobro podržano VMAP-om i drugim podacima. Ako ublažimo ovu pretpostavku u dozvoljenom opsegu, nesigurnost se malo povećava. Inflacija predviđa skoro ravan svemira.

Starost ekspanzije koju meri VMAP je veća od najstarijih globularnih jata, tako da je teorija Velikog praska prošla važan test koristeći podatke nezavisno od tipa koje je prikupio VMAP. Da je starost ekspanzije merena VMAP-om bila manja od najstarijih globularnih jata, onda bi nešto suštinski bilo pogrešno ili u teoriji Velikog praska ili u teoriji evolucije zvezda. U svakom slučaju, astronomi bi morali da preispitaju mnoge od svojih negovanih ideja. Ali naša trenutna procena starosti dobro se uklapa sa onim što znamo iz drugih vrsta merenja.

Kritika

Obe metode merenja su najbolje što imamo i možemo biti dosta sigurni da svemir nije mlađi od navedenog iznosa, ali merenje starosti zvezda govori o starosti zvezda, ali ne i starosti svemira. Druga metoda se zasniva na pretpostavci nulte veličine svemira i inflaciji koja je usledila. Ako standardni model svemira sa teorijom Velikog praska i teorijom inflacijom nije tačan (jer nije potvrđen) onda svemir može biti mnogo stariji od 13,8 milijardi godina, pa čak i bespoečtan.

[1] Pozadinsko mikrotalasno zračenje, tj. kosmička mikrotalsna pozadina je zaostala energija iz ranog univerzuma, zračenje visoke energije, koje je opalo u mikrotalasnu oblast spektra je se univerzum proširio i ohladio. Mikrotalasna pozadina je u osnovi zaostala slika ranog (najdalje što možemo da vidimo u prošlost) univerzuma.

Izvor:

https://wmap.gsfc.nasa.gov/universe/uni_age.html 

https://www.nasa.gov/content/goddard/oldest-cluster/ 

https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law