Πόσο χρονών είναι το Σύμπαν; – Τα τρία στοιχεία που αποκαλύπτουν την ηλικία του «κοσμικού ρολογιού»

Η ηλικία του Σύμπαντος, που εκτιμάται σε περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, αποτελεί έναν από τους πιο εντυπωσιακούς αριθμούς της σύγχρονης επιστήμης. Το ερώτημα όμως παραμένει: πώς γνωρίζουν οι επιστήμονες κάτι που δεν έχει «μετρηθεί» άμεσα; Δεν υπάρχει κάποιο κοσμικό χρονόμετρο ή αρχαία επιγραφή που να καταγράφει την αρχή του χρόνου. Η απάντηση προκύπτει από τον συνδυασμό διαφορετικών επιστημονικών μεθόδων, οι οποίες, παρά την ανεξαρτησία τους, συγκλίνουν στο ίδιο χρονικό εύρος.

Η διαστολή του Σύμπαντος και η σταθερά του Χαμπλ

Η πρώτη και πιο άμεση μέθοδος βασίζεται στη διαστολή του Σύμπαντος. Από τις αρχές του 20ού αιώνα είναι γνωστό ότι το Σύμπαν δεν είναι στατικό. Οι γαλαξίες απομακρύνονται ο ένας από τον άλλον, και όσο πιο μακριά βρίσκονται, τόσο πιο γρήγορα απομακρύνονται. Το φαινόμενο αυτό περιγράφεται μέσω της λεγόμενης σταθεράς του Χαμπλ, η οποία συνδέει την απόσταση ενός γαλαξία με την ταχύτητα απομάκρυνσής του.

Οι αστρονόμοι μετρούν αυτή την ταχύτητα παρατηρώντας πολύ μακρινούς γαλαξίες και ειδικούς τύπους εκρήξεων άστρων, τις υπερκαινοφανείς αστέρες τύπου Ia. Οι εκρήξεις αυτές λειτουργούν σαν «κοσμικοί φάροι», επειδή η πραγματική φωτεινότητά τους είναι γνωστή. Συγκρίνοντας το φως που φτάνει στη Γη με τη φωτεινότητα που γνωρίζουμε ότι έχουν, οι επιστήμονες υπολογίζουν την απόστασή τους.

Αφού καθοριστεί ο ρυθμός διαστολής σήμερα, οι κοσμολόγοι κάνουν το αντίστροφο νοητικό πείραμα: «γυρίζουν την ταινία προς τα πίσω». Λαμβάνοντας υπόψη ότι η διαστολή επιταχύνεται, υπολογίζουν πότε όλη η ύλη και η ενέργεια βρισκόταν σε μια εξαιρετικά πυκνή και θερμή κατάσταση — τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης. Οι υπολογισμοί οδηγούν σε ηλικία περίπου 13,8 δισεκατομμυρίων ετών.

Η πρώτη «φωτογραφία» του Σύμπαντος

Η δεύτερη μέθοδος θεωρείται ακόμη πιο ακριβής και βασίζεται σε αυτό που αποκαλείται «η πρώτη φωτογραφία του Σύμπαντος»: την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Πρόκειται για μια εξαιρετικά ασθενή ακτινοβολία που υπάρχει παντού και αποτελεί το απομεινάρι της εποχής που ακολούθησε τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν το Σύμπαν ήταν περίπου 380.000 ετών.

Τότε η ύλη ψύχθηκε αρκετά ώστε το φως να μπορέσει να ταξιδέψει ελεύθερα για πρώτη φορά. Τα φωτόνια εκείνης της περιόδου εξακολουθούν να υπάρχουν σήμερα, αλλά έχουν ψυχρανθεί σημαντικά λόγω της διαστολής και ανιχνεύονται σε θερμοκρασία περίπου τριών βαθμών πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Δορυφόροι υψηλής ακρίβειας έχουν χαρτογραφήσει μικροσκοπικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία αυτής της ακτινοβολίας. Παρότι οι διαφορές είναι απειροελάχιστες, περιέχουν τεράστιο όγκο πληροφοριών για τη γεωμετρία και τη σύσταση του Σύμπαντος, καθώς και για τον τρόπο που εξελίχθηκε. Με τη βοήθεια κοσμολογικών μοντέλων, οι επιστήμονες υπολογίζουν βασικές παραμέτρους — ανάμεσά τους και την ηλικία του Σύμπαντος — με εντυπωσιακή ακρίβεια, φθάνοντας ξανά στα 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.

Η ηλικία των αρχαιότερων άστρων

Η τρίτη μέθοδος είναι πιο απλή στη σύλληψη, αλλά εξίσου σημαντική ως επιβεβαίωση. Αν μπορούμε να υπολογίσουμε την ηλικία των αρχαιότερων άστρων, τότε το Σύμπαν πρέπει αναγκαστικά να είναι παλαιότερο από αυτά.

Οι αστρονόμοι στρέφουν την προσοχή τους στα σφαιρωτά αστρικά σμήνη, όπου βρίσκονται μερικά από τα πιο παλιά άστρα. Μετρώντας τη φωτεινότητα και τη θερμοκρασία τους και συγκρίνοντάς τα με μοντέλα αστρικής εξέλιξης, μπορούν να εκτιμήσουν πόσο χρόνο καίνε ήδη τα πυρηνικά τους καύσιμα.

Οι εκτιμήσεις δείχνουν ότι τα αρχαιότερα άστρα έχουν ηλικία μεταξύ 12 και 13 δισεκατομμυρίων ετών. Αυτό σημαίνει ότι το Σύμπαν είναι ακόμη παλαιότερο, επιβεβαιώνοντας τις δύο προηγούμενες μεθόδους.

Η σύγκλιση των αποδείξεων

Το εντυπωσιακό στοιχείο δεν είναι μόνο ο αριθμός, αλλά η σύγκλιση των αποδείξεων. Όταν διαφορετικές τεχνικές — από τη μελέτη γαλαξιών που απομακρύνονται μέχρι την ανάλυση της αρχέγονης ακτινοβολίας και την ηλικία των άστρων — οδηγούν στο ίδιο αποτέλεσμα, η επιστημονική βεβαιότητα ενισχύεται σημαντικά.

Έτσι, παρότι κανείς δεν «μέτρησε» άμεσα τη στιγμή της γέννησης του Σύμπαντος, η σύγχρονη κοσμολογία κατάφερε να ανασυνθέσει το παρελθόν του με αξιοθαύμαστη ακρίβεια, αποδεικνύοντας ότι ακόμη και η αρχή του χρόνου μπορεί να προσεγγιστεί μέσα από τη γλώσσα της φυσικής και της παρατήρησης.