Astronomía

¿Podría el Universo tener entre 12,5 y 13 mil millones de años?

¿Podría el Universo tener entre 12,5 y 13 mil millones de años?

Mi reacción inicial es que "esto debe estar mal" y aparentemente esa es la reacción inicial de mucha gente según el artículo.

https://www.nbcnews.com/mach/science/universe-may-be-billion-years-younger-we-thought-scientists-are-ncna1005541?cid=sm_npd_nn_tw_ma

Mi pregunta es, ¿este estudio realmente está haciendo que los científicos se rasquen la cabeza? Y, segunda parte, si es precisa, ¿cómo podría haber sido incorrecta la estimación de 13.78 (o lo que sea), ya que parecía ser el resultado de estimaciones cada vez más precisas? tiempo extraordinario.

Una de las dos estimaciones debe ser incorrecta.


Debido a que algunas mediciones son difíciles de realizar con absoluta precisión, a menudo sucede que existe cierta incertidumbre acerca de ellas. Alguna vez se pensó que la vida media del neutrón era de 12 minutos, pero en la década de 1980 se modificó a 10,5 minutos. En los primeros días, la datación con C14 solía estar sustancialmente fuera de lugar en comparación con la dendrocronología y otros métodos. Depende de la cantidad de C14 en la atmósfera en cualquier momento en particular, y cuando analizaron el asunto, los científicos descubrieron que esto varía de un siglo a otro. Cuando tomaron en cuenta ese factor, las fechas C14 se volvieron mucho más precisas y confiables. En la década de 1970, se pensaba que la edad del universo era de unos 15 mil millones de años, pero se ha revisado a 13,8 y, a medida que ingresan nuevos datos, es posible que deba revisarse nuevamente. Esta es la razón por la que el colapso gravitacional del universo no se ha descartado por completo, a pesar del advenimiento de la energía oscura, que se cree que está acelerando la expansión cuando debería estar desacelerando. Es posible que, al igual que otras mediciones científicas, la medición de la energía oscura también deba revisarse en una fecha posterior.


Según los cúmulos globulares, el universo tiene 13,35 mil millones de años

Es una teoría ampliamente aceptada hoy en día que cuando las primeras estrellas se formaron en nuestro Universo (hace más de 13 mil millones de años), rápidamente se unieron para formar cúmulos globulares. Estos cúmulos luego se fusionaron con otros para formar las primeras galaxias, que han ido creciendo a través de fusiones y evolucionando desde entonces. Por esta razón, los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo que las estrellas más antiguas del Universo se encuentran en cúmulos globulares.

El estudio de las estrellas en estos cúmulos es, por tanto, un medio para determinar la edad del Universo, que todavía está sujeto a algunas conjeturas. En este sentido, un equipo internacional de astrónomos y cosmólogos realizó recientemente un estudio de cúmulos globulares para inferir la edad del Universo. Sus resultados indican que el Universo tiene aproximadamente 13,35 mil millones de años, un resultado que podría ayudar a los astrónomos a aprender más sobre la expansión del cosmos.

Su estudio, titulado & # 8220Inferir la edad del universo con cúmulos globulares & # 8221, apareció recientemente en línea y se envió para su consideración Revista de cosmología y física de astropartículas. El estudio fue dirigido por David Valcin, investigador predoctoral del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB), al que se unió un equipo de Francia, España y Estados Unidos.

Cúmulos globulares en la Vía Láctea, basados ​​en datos del Observatorio Gaia de la ESA & # 8217s. Copyright: ESA / Gaia / DPAC

Como se señaló, los cúmulos globulares son de particular interés para los astrónomos dada su naturaleza inusual. Estas colecciones esféricas de estrellas se encuentran en un halo de galaxia & # 8217s que orbita más allá del núcleo galáctico y son considerablemente más densas que los cúmulos abiertos (que se encuentran en el disco de la galaxia & # 8217s). La mayoría de los cúmulos globulares también son uniformes en edad, y contienen estrellas más viejas que han entrado en su fase de Rama Roja-Gigante (RGB).

De hecho, los estudios de cúmulos globulares en la Vía Láctea han demostrado que algunas de las estrellas más antiguas de nuestra galaxia existen dentro de ellos. Si bien los orígenes de los cúmulos globulares y su papel en la evolución galáctica siguen siendo un misterio, los astrónomos creen que el estudio de estas colecciones de estrellas antiguas proporcionará información valiosa sobre ambos. Como Valcin y sus colegas compartieron con Universe Today por correo electrónico:

& # 8220 Los cúmulos globulares se encuentran entre las primeras estructuras estelares formadas en el Universo y, por lo tanto, pueden usarse como un buen estimador de la época de formación de galaxias y estrellas para inferir la edad del Universo. Desde un punto de vista astrofísico, proporcionan una gran cantidad de información sobre la formación y evolución de galaxias y estrellas. & # 8221

Por el bien de su estudio, el equipo examinó 68 cúmulos globulares galácticos, que fueron observados por el Telescopio Espacial Hubble y la Cámara Avanzada para Sondeos # 8217 (ACS). Específicamente, estudiaron la distribución de estrellas en estos cúmulos en función de su magnitud, que se obtuvo utilizando una versión modificada de isócronas para modelar los datos.

Los cúmulos globulares M80 (izquierda) y NGC 1866 (derecha) muestran tanto estrellas rojas más viejas como estrellas jóvenes azules. Crédito: NASA / HHT / STScI / AURA / ESA / Hubble & amp NASA.

Este paquete de software toma fotometría sintética proporcionada por modelos estelares y luego interpola su magnitud en función de dónde se encuentran estrellas de la misma masa en la trayectoria evolutiva a la misma edad. Como explicó Valdin:

& # 8220 Usando el catálogo de Sarajedini et al (2007) estudio de cúmulos globulares con el Telescopio Espacial Hubble, extrajimos información del Diagrama de Magnitud de Color de Cúmulos Globulares usando isócronas teóricas (las isócronas son un conjunto de modelos estelares calculados a la misma edad para una gama de diferentes masas). De hecho, la forma en que se distribuyen las estrellas en el diagrama de acuerdo con su magnitud y color puede limitar la sensibilidad de los parámetros de las isócronas estelares, que corresponden a una población de estrellas con la misma edad.

Del mismo modo, el equipo se basó en el modelo estelar Mesa Isochrones y Stellar Tracks (MIST), así como en la base de datos de evolución estelar de Dartmouth (DSED). Al final, obtuvieron una estimación de la edad promedio de los conglomerados globales más antiguos en 13.13 mil millones de años. Después de tener en cuenta la cantidad de tiempo que tardarían en formarse estos cúmulos globulares, pudieron inferir una edad estimada de 13,35 mil millones de años.

Este resultado tiene un nivel de confianza del 68% e incluye un rango de incertidumbre de ± 0,16 mil millones de años (estadístico) y ± 0,5 mil millones de años (sistémico). Este valor es compatible con la estimación de edad anterior de 13,8 ± 0,02 mil millones de años, que se infirió a partir de los datos obtenidos por la misión Planck sobre el Fondo Cósmico de Microondas (CMB) y # 8211 la radiación de fondo remanente creada por el Big Bang que es visible en todas las direcciones.

La línea de tiempo del Big Bang del Universo. Los neutrinos cósmicos afectan al CMB en el momento de su emisión, y la física se encarga del resto de su evolución hasta hoy. Crédito: NASA / JPL-Caltech / A. Kashlinsky (GSFC).

Además, la estimación anterior depende del modelo cosmológico CDM, una versión del modelo Big Bang que contiene tres componentes principales: Energía oscura (?), Materia oscura (CDM) y materia ordinaria. . Básicamente, esto significa que los cúmulos globulares se pueden utilizar para limitar con precisión la edad del Universo de una manera que no dependa de modelos teóricos.

Además, dado que sus estimaciones de edad son consistentes con las estimaciones que se basan en la expansión cósmica, esta información también podría proporcionar pistas sobre esta última. Por supuesto, Valdin y sus colegas reconocen que se necesitan más observaciones y datos si los científicos esperan descubrir por qué históricamente ha habido tal discrepancia entre las estimaciones de edad en primer lugar:

& # 8220 En la actual incertidumbre sobre la expansión del Universo, es importante recopilar más datos cuya interpretación sea lo más independiente posible de la cosmología, para comprender el origen de la discrepancia. Aunque los cúmulos Globulares no proporcionan una medición directa de la expansión, nos permiten restringir la edad del Universo, que puede estar relacionada con la expansión.

& # 8220La edad del universo también está determinada por las observaciones de CMB, pero esta determinación depende mucho del modelo. Un aspecto valioso de la estimación de expansión es el hecho de que se obtiene sin asumir ningún modelo cosmológico. La concordancia entre estas dos medidas se puede utilizar para confirmar aspectos importantes del modelo cosmológico. & # 8221

Otros miembros del equipo de investigación fueron astrónomos y cosmólogos de la Universidad de Barcelona, ​​la Universidad Johns Hopkins, la Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados (ICREA), la Universidad de la Sorbona de París y el Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron.


Pregúntele a Ethan: ¿Cómo sabemos cuántos años tiene el universo?

Toda nuestra historia cósmica está teóricamente bien entendida, pero solo porque entendemos el. [+] teoría de la gravitación que la sustenta, y porque conocemos la tasa de expansión actual y la composición energética del Universo. La luz siempre continuará propagándose a través de este Universo en expansión, y continuaremos recibiendo esa luz arbitrariamente en el futuro, pero estará limitada en el tiempo hasta lo que nos llegue. Todavía tenemos preguntas sin respuesta sobre nuestros orígenes cósmicos, pero se conoce la edad del Universo.

NICOLE RAGER FULLER / FUNDACIÓN NACIONAL DE CIENCIAS

¿Qué edad tiene el Universo? Durante generaciones, la gente discutió sobre si el Universo siempre había existido, si tenía un principio o si era cíclico: sin principio ni fin. Pero a partir del siglo XX y continuando en el siglo XXI, no solo llegamos a una conclusión científica a esa pregunta, el Universo (como lo reconocemos) comenzó con un Big Bang caliente, sino que pudimos señalar con precisión cuándo ocurrió ese comienzo. Ahora afirmamos, con confianza, que el Universo tiene 13.800 millones de años. Pero, ¿qué tan seguros podemos estar realmente en esa respuesta? Eso es lo que Adimchi Onyenadum quiere saber, preguntando:

"¿Cómo llegamos a la conclusión de que la edad del Universo es de 13.800 millones de años?"

Es una afirmación muy audaz, pero en la que los astrónomos confían más de lo que imagina. Así es como lo hicimos.

El cúmulo de estrellas abierto NGC 290, fotografiado por Hubble. Estas estrellas, fotografiadas aquí, solo pueden tener el. [+] propiedades, elementos y planetas (y potencialmente oportunidades de vida) que tienen debido a todas las estrellas que murieron antes de su creación. Este es un cúmulo abierto relativamente joven, como lo demuestran las estrellas azules brillantes de gran masa que dominan su apariencia. Los cúmulos estelares abiertos, sin embargo, nunca viven tanto como la edad del Universo.

ESA & amp NASA, RECONOCIMIENTO: DAVIDE DE MARTIN (ESA / HUBBLE) Y EDWARD W. OLSZEWSKI (UNIVERSIDAD DE ARIZONA, EE. UU.)

La forma más simple y directa de medir la edad del Universo es simplemente mirar los objetos que se encuentran en él: estrellas, por ejemplo. Tenemos cientos de miles de millones de estrellas solo en la galaxia de la Vía Láctea, y la inmensa mayoría de la historia antigua de la astronomía se dedicó al estudio y caracterización de las estrellas. Sigue siendo un campo de investigación activo en la actualidad, ya que los astrónomos han descubierto la relación entre las propiedades observadas de las poblaciones estelares y su edad.

La imagen básica es esta:

  • una nube de gas frío colapsa por su propia gravedad,
  • conduciendo a la formación de un gran número de nuevas estrellas a la vez,
  • que vienen en diferentes masas, colores y brillos,
  • y las estrellas más grandes, azules y brillantes queman primero su combustible.

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Por lo tanto, cuando observamos una población de estrellas, podemos saber qué edad tiene al observar qué tipos de estrellas quedan todavía y qué clases de estrellas han desaparecido por completo.

Los ciclos de vida de las estrellas se pueden entender en el contexto del diagrama de color / magnitud que se muestra aquí. . [+] A medida que la población de estrellas envejece, "apagan" el diagrama, lo que nos permite fechar la edad del cúmulo en cuestión. Los cúmulos de estrellas globulares más antiguos, como el cúmulo más antiguo que se muestra a la derecha, tienen una edad de al menos 13.200 millones de años.

RICHARD POWELL BAJO C.C.-BY-S.A.-2.5 (L) R. J. HALL BAJO C.C.-BY-S.A.-1.0 (R)

Nuestra galaxia tiene estrellas de todas las edades, pero las medidas de cualquier estrella individual estarán plagadas de incertidumbres. La razón es simple: cuando vemos una estrella individual, la vemos como es hoy. No podemos ver, ni saber, qué sucedió en la historia pasada de esa estrella que pudo haber llevado a su condición actual. Solo podemos ver una instantánea actual de lo que existe y tenemos que inferir el resto.

A menudo verá intentos realizados para medir la edad de una estrella individual, pero eso siempre viene acompañado de una suposición: que la estrella no tuvo una interacción, fusión u otro evento violento en su pasado. Debido a esa posibilidad, y al hecho de que solo vemos a los sobrevivientes cuando miramos el Universo hoy, esas edades siempre vienen acompañadas de incertidumbres masivas: del orden de mil millones de años o incluso más.

Esta es una imagen de Digitized Sky Survey de la estrella más antigua con una edad bien determinada en nuestra galaxia. . [+] La estrella envejecida, catalogada como HD 140283, se encuentra a más de 190 años luz de distancia. El telescopio espacial Hubble de la NASA / ESA se utilizó para reducir la incertidumbre de medición en la distancia de la estrella, y esto ayudó a refinar el cálculo de una edad más precisa de 14.5 mil millones de años (más o menos 800 millones de años). Esto se puede reconciliar con un Universo que tiene 13.8 mil millones de años (dentro de las incertidumbres), pero no con uno que tiene solo 12.5 mil millones de años.

ENCUESTA DE CIELO DIGITALIZADA (DSS), STSCI / AURA, PALOMAR / CALTECH Y UKSTU / AAO

Sin embargo, las incertidumbres son mucho menores cuando observamos grandes colecciones de estrellas. Las colecciones de estrellas que se forman dentro de una galaxia como la Vía Láctea (cúmulos estelares abiertos) suelen contener unos pocos miles de estrellas y solo duran unos pocos cientos de millones de años. Las interacciones gravitacionales entre estas estrellas eventualmente hacen que se separen. Si bien un pequeño porcentaje dura mil millones de años o incluso unos pocos miles de millones de años, no tenemos cúmulos estelares abiertos conocidos que sean tan antiguos como nuestro propio Sistema Solar.

Los cúmulos globulares, sin embargo, son más grandes, más masivos y más aislados, y se encuentran a lo largo del halo de la Vía Láctea (y la mayoría de las galaxias grandes). Cuando los observamos, podemos medir los colores y el brillo de muchas de las estrellas en su interior, lo que nos permite, siempre que entendamos cómo funcionan y evolucionan las estrellas, determinar las edades de estos cúmulos estelares. Aunque también hay incertidumbres aquí, existe una gran población de cúmulos globulares, incluso dentro de la Vía Láctea solamente, con edades de 12 mil millones de años o más.

El cúmulo globular Messier 69 es muy inusual por ser increíblemente viejo, con indicios. [+] que se formó a solo el 5% de la edad actual del Universo (hace alrededor de 13 mil millones de años), pero también tiene un contenido de metales muy alto, al 22% de la metalicidad de nuestro Sol. Las estrellas más brillantes están en la fase de gigante roja, y ahora se están quedando sin su núcleo de combustible, mientras que algunas estrellas azules son estas inusuales rezagadas azules.

ARCHIVO HUBBLE LEGACY (NASA / ESA / STSCI), A TRAVÉS DE HST / WIKIMEDIA COMMONS USER FABIAN RRRR

¿Qué tan seguros estamos de estas cifras? Es difícil de decir. Si bien está casi garantizado que el más antiguo de estos cúmulos estelares debe tener entre 12.5 y 13 mil millones de años, persisten grandes incertidumbres sobre la cantidad de tiempo requerido para que una estrella alrededor de la masa de nuestro Sol comience su transición a una subgigante. por su transformación en una estrella gigante roja en toda regla. Podrían ser 10 mil millones de años, podrían ser 12 mil millones de años, podría ser algún valor intermedio. Durante años, muchos astrónomos que trabajaron en cúmulos globulares argumentaron que los más antiguos tenían 14, tal vez incluso 16 mil millones de años.

Hoy, podemos concluir de manera confiable que hay un límite inferior para la edad del Universo de alrededor de 12.5 a 13 mil millones de años a partir de las estrellas que medimos, pero eso no establece la edad con precisión. Es una buena restricción tener, pero para llegar a una cifra real, nos gustaría un método mejor.

Afortunadamente, el Universo nos da uno. Verá, la Relatividad General de Einstein, para un Universo lleno (aproximadamente) con cantidades iguales de materia y energía en todas partes y en todas direcciones (como la nuestra), da una relación directa entre dos cantidades:

  1. las cantidades y tipos de materia y energía presentes en el Universo,
  2. y qué tan rápido se está expandiendo el Universo hoy.

Una foto mía en el hipermuro de la Sociedad Astronómica Estadounidense en 2017, junto con la primera. [+] Ecuación de Friedmann a la derecha. La primera ecuación de Friedmann detalla la tasa de expansión de Hubble al cuadrado en el lado izquierdo, que gobierna la evolución del espacio-tiempo. El lado derecho incluye todas las diferentes formas de materia y energía, junto con la curvatura espacial (en el término final), que determina cómo evoluciona el Universo en el futuro. Esta ha sido llamada la ecuación más importante de toda la cosmología y fue derivada por Friedmann esencialmente en su forma moderna en 1922.

PERIMETER INSTITUTE / HARLEY THRONSON

Esta relación fue derivada por primera vez en 1922 por Alexander Friedmann, y las ecuaciones que nos permiten derivar qué edad debe tener el Universo se conocen como ecuaciones de Friedmann. Nos tomó muchos años medir los componentes del Universo, pero ahora tenemos una imagen de consenso que ha surgido.

Las observaciones que van desde la abundancia de elementos ligeros hasta el agrupamiento de galaxias, cómo los cúmulos de galaxias chocan con supernovas distantes y las fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas, apuntan hacia el mismo Universo. En particular, se compone de:

  • 68% de energía oscura,
  • 27% de materia oscura,
  • 4,9% de materia normal (protones, neutrones y electrones),
  • 0,1% de neutrinos,
  • 0,01% de fotones (partículas de luz o radiación),
  • y menos del 0,4% de todo lo demás, incluida la curvatura espacial, las cuerdas cósmicas, las paredes de dominio y otros componentes extravagantes y exóticos.

Las fluctuaciones en los datos de polarización del modo E que se ven en el Fondo de microondas cósmico,. [+] particularmente en escalas angulares pequeñas, codifica una enorme cantidad de información sobre el contenido y la historia del Universo. Aquí, se muestran las fluctuaciones de una gran región del cielo, construidas a partir de datos tomados con el Telescopio de Cosmología de Atacama. Este es el mejor conjunto de datos del CMB en escalas angulares pequeñas jamás obtenido.

Versión 4 de datos de colaboración de ACT

Esta imagen concuerda con el conjunto completo de observaciones que tenemos, tienes que seleccionar tu evidencia con mucha precisión, enfatizando demasiado las mediciones con grandes ambigüedades y al mismo tiempo ignorando grandes conjuntos de datos, para terminar con conjuntos de valores que varían significativamente de esto.

Entonces, podría pensar que todo depende de la tasa de expansión. Si puede medir eso con precisión, simplemente puede hacer los cálculos y llegar con precisión a la edad del Universo. A principios de la década de 2000, y desde entonces, los mejores datos que tenemos provienen del Fondo de microondas cósmico: primero de WMAP, luego de Planck y, a partir del 14 de julio de 2020, también del Telescopio de Cosmología de Atacama.

Todos esos valores han convergido en la misma tasa de expansión: 68 km / s / Mpc, con una incertidumbre de solo 1-2%. Cuando calcula lo que eso significa para la edad del Universo, obtiene 13.8 mil millones de años muy robustos, completamente consistente con todo lo que sabemos sobre las estrellas.

Una serie de diferentes grupos que buscan medir la tasa de expansión del Universo, junto con sus. [+] resultados codificados por colores. Observe cómo hay una gran discrepancia entre los resultados de tiempo temprano (los dos primeros) y los de tiempo tardío (otros), y las barras de error son mucho más grandes en cada una de las opciones de tiempo tardío. El único valor que ha sido objeto de críticas es el de CCHP, que se volvió a analizar y se encontró que tenía un valor más cercano a 72 km / s / Mpc que a 69,8.

L. VERDE, T. TREU Y A.G. RIESS (2019), ARXIV: 1907.10625

Espera un segundo, sin embargo. Es posible que haya escuchado, y con razón, que existe una controversia sobre esto. Si bien los equipos que usan el Fondo de microondas cósmico pueden obtener todos un valor para la tasa de expansión, y los equipos que miden la estructura a gran escala del Universo podrían estar de acuerdo, otros métodos arrojan un valor tremendamente diferente. Los otros métodos, en lugar de comenzar con una señal impresa temprana y medir cómo se ve hoy, comienzan de cerca y funcionan hacia afuera. Miden distancias y las velocidades de recesión aparente de varios objetos: un método generalmente conocido como la escalera de distancia cósmica.

Cuando observa las medidas de la escalera de distancias, todas parecen dar valores sistemáticamente más altos: entre 72 y 76 km / s / Mpc: aproximadamente un 9% más alto, en promedio, que el valor que obtiene del Fondo de microondas cósmico.

Entonces, podría pensar que alguien tiene razón y alguien no. Si el equipo de la escala de distancias es correcto y el equipo de Fondo de microondas cósmico está equivocado, entonces quizás el Universo sea un 9% más joven de lo que pensamos: solo 12,8 mil millones de años.

Este gráfico muestra qué valores de la constante de Hubble (izquierda, eje y) se ajustan mejor a los datos del. [+] fondo de microondas cósmico de ACT, ACT + WMAP y Planck. Tenga en cuenta que una constante de Hubble más alta es admisible, pero solo a expensas de tener un Universo con más energía oscura y menos materia oscura.

Versión 4 de datos de colaboración de ACT

Pero no es así como funciona en la práctica. Los datos del Fondo Cósmico de Microondas no son algo que simplemente se pueda ignorar, es algo que se debe tener en cuenta. Los picos, valles y ondulaciones que vemos en sus fluctuaciones de temperatura son un reflejo de todos estos diferentes parámetros combinados. Claro, los valores que mejor se ajustan son para un Universo que se expande a 68 km / s / Mpc y con un 68% de energía oscura, un 27% de materia oscura y un 5% de materia normal, pero pueden variar, siempre que todos varíen juntos. .

Aunque no se ajusta tan bien a los datos, puede aumentar la tasa de expansión a, digamos, 74 km / s / Mpc y aún así llegar a un ajuste muy bueno, siempre que esté dispuesto a cambiar las fracciones relativas de materia oscura y energía oscura. Con un poco menos de materia oscura (20%) y un poco más de energía oscura (75%), una tasa de expansión sustancialmente más alta aún puede ajustarse bien a los datos, aunque no tan bien, como los valores de consenso.

Lo fascinante de esto, sin embargo, es que la edad derivada apenas cambia en absoluto si se explora el rango completo de lo que está y no está permitido, esa cifra de 13.8 mil millones de años solo viene con una incertidumbre de alrededor del 1%: entre 13.67 y 13,95 mil millones de años.

La diferencia entre el mejor ajuste al ACT (pequeña escala) más el WMAP (gran escala) cósmico. [+] datos de fondo de microondas y el mejor ajuste a un conjunto de parámetros que fuerzan la constante de Hubble a un valor más alto. Tenga en cuenta que el último ajuste tiene residuos ligeramente peores, pero que ambos son bastante buenos y producen edades casi idénticas para el Universo.

Colaboración ACT, lanzamiento de datos 4

Es cierto que aún quedan muchos misterios por descubrir sobre el Universo. No sabemos qué tan rápido se está expandiendo el Universo, y no sabemos por qué los diferentes métodos para medir la tasa de expansión dan resultados tan diferentes. No sabemos qué es la materia oscura o la energía oscura, o si la Relatividad General, de la que se deriva todo esto, sigue siendo válida en la mayor de las escalas cósmicas. Ni siquiera sabemos exactamente cuánto del Universo está encerrado en qué forma de energía: podría tener más materia oscura y menos energía oscura de lo que pensamos o viceversa, las incertidumbres son sustanciales.

Pero sí sabemos que todos los datos que tenemos son consistentes con una edad particular del Universo: 13.8 mil millones de años, con una incertidumbre de solo el 1% sobre ese valor. No puede ser mil millones de años más viejo o más joven que esta cifra, a menos que una gran cantidad de cosas que hemos medido nos hayan llevado a conclusiones tremendamente incorrectas. A menos que el cosmos nos mienta, o nos estemos engañando sin darnos cuenta, lo que conocemos como el Big Bang caliente ocurrió entre hace 13.67 y 13.95 mil millones de años: ni menos ni más. ¡No crea ninguna afirmación en contrario sin compararla con el conjunto completo de datos!


Nuevas pistas sobre el universo temprano a partir de un chorro cósmico impulsado por un agujero negro a 13 mil millones de años luz de la Tierra

Los astrónomos que utilizaron Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) y Very Long Baseline Array (VLBA) de la National Science Foundation han encontrado y estudiado el chorro cósmico más distante descubierto hasta ahora: un chorro de material impulsado a casi la velocidad de la luz por el agujero negro supermasivo en un quásar a unos 13 mil millones de años luz de la Tierra. El quásar se ve como era cuando el universo tenía solo 780 millones de años, y está proporcionando a los científicos información valiosa sobre cómo evolucionaron las galaxias y cómo crecieron los agujeros negros supermasivos cuando el universo era tan joven.

Los estudios indican que el quásar, una galaxia que alberga un agujero negro 300 millones de veces más masivo que el Sol, tiene un chorro de partículas que se mueven rápidamente con solo unos 1.000 años de antigüedad. Si bien se han encontrado otros cuásares a su distancia y más allá, es el primero que se encuentra a tal distancia con una fuerte emisión de radio que indica un chorro activo. Solo una pequeña fracción de los quásares tiene tales chorros.

VLBA Imagen del quásar P172 + 18, a unos 13 mil millones de años luz de distancia de la Tierra. Esta imagen alargada muestra la parte interior del jet, con un tamaño de 171 x 60 años luz. Crédito: Momjian et al., NRAO / AUI / NSF

“Los agujeros negros en los núcleos de muchos de estos cuásares muy distantes son tan masivos que desafían nuestra comprensión de cómo pudieron haber crecido en el tiempo relativamente corto disponible para ellos tan temprano en la historia del universo. Una posibilidad es que los chorros proporcionaron un mecanismo que permitió que los agujeros negros crecieran más rápidamente. Encontrar un jet en un quásar en esta época es una pista emocionante sobre esta cuestión ”, dijo Emmanuel Momjian, del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO).

"Los chorros tienen un papel en la regulación de la formación de estrellas y el crecimiento de sus galaxias anfitrionas, por lo que este descubrimiento es valioso para comprender estos procesos en el universo temprano", dijo Chris Carilli, también de NRAO. "Los chorros en ese momento también impulsaron átomos y campos magnéticos en lo que había sido un espacio prístino entre las galaxias", agregó.

Encontrar un cuásar con emisión de radio brillante a esa distancia también puede ayudar a los astrónomos a aprender más sobre los objetos más cercanos.

“Los cuásares emisores de radio distantes al comienzo de la evolución del cosmos también sirven como balizas para estudiar el material que se encuentra entre la Tierra y los cuásares”, dijo Eduardo Banados del Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania.

A medida que las ondas de radio atraviesan el gas en ruta a la Tierra, el gas absorberá longitudes de onda específicas en patrones que revelan su composición.


Con la ayuda del Very Large Telescope de ESO, los astrónomos han descubierto y estudiado en detalle la fuente más distante de emisión de radio conocida hasta la fecha. La fuente es un cuásar “radio-ruidoso” - un objeto brillante con chorros poderosos que emiten en longitudes de onda de radio - que está tan lejos que su luz ha tardado 13 mil millones de años en llegar hasta nosotros. Este video resume el descubrimiento. Crédito: ESO

El objeto, llamado P172 + 18, se identificó originalmente como un candidato de cuásar en 2015 en los datos del estudio del cielo Pan-STARRS utilizando un telescopio de luz visible en Hawai. Los astrónomos luego notaron que el PRIMER estudio de NRAO, realizado con el VLA, mostró un objeto emisor de radio en la misma posición. Más tarde hicieron observaciones infrarrojas que arrojaron la distancia al objeto y la masa del agujero negro.

Los científicos combinaron observaciones del Telescopio Magellan Baade en el Observatorio Las Campanas en Chile, el Telescopio Óptico Nórdico en La Palma, España, el Telescopio Keck en Hawai, el Telescopio Muy Grande del Observatorio Europeo Austral en Chile y el Gran Telescopio Binocular en el Monte Graham en Arizona. .

Las observaciones de VLA y VLBA se realizaron en 2019.

Cuando los cuásares se descubrieron por primera vez en 1963, expandieron enormemente las distancias conocidas en el universo. Su brillo extremo inicialmente desconcertó a los astrónomos, pero ahora se explica como impulsado por la energía gravitacional de un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia. A medida que el material es atraído hacia el agujero negro, forma un disco, llamado disco de acreción, que orbita de cerca al agujero negro. La fricción en el disco calienta el material y lo hace brillar intensamente. En algunos quásares, los chorros, como los de P172 + 18, se impulsan hacia afuera perpendicularmente al disco de acreción.

Los astrónomos están informando sus hallazgos en el Diario astrofísico y el Diario astronómico.

El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la National Science Foundation, operada bajo un acuerdo cooperativo por Associated Universities, Inc.


Inusual galaxia monstruosa que existió hace 12 mil millones de años descubierta por astrónomos

XMM-2599 comenzó como una galaxia masiva y polvorienta en formación de estrellas en el universo temprano. Crédito: NRAO / AUI / NSF / B. Saxton NASA / ESA / R. Foley NASA / StScI.

XMM-2599 vivió rápido y murió joven, dice el equipo internacional dirigido por Riverside de la Universidad de California.

Un equipo internacional de astrónomos dirigido por científicos de la Universidad de California, Riverside, ha encontrado una galaxia monstruosa inusual que existía hace unos 12 mil millones de años, cuando el universo tenía solo 1.8 mil millones de años.

Apodada XMM-2599, la galaxia formó estrellas a gran velocidad y luego murió. No está claro por qué de repente dejó de formar estrellas.

& # 8220Incluso antes de que el universo tuviera 2.000 millones de años, XMM-2599 ya había formado una masa de más de 300.000 millones de soles, lo que la convierte en una galaxia ultramasiva & # 8221, dijo Benjamin Forrest, investigador postdoctoral en el Departamento de Física de la UC Riverside. y Astronomía y el autor principal del estudio. & # 8220 Más notablemente, mostramos que XMM-2599 formó la mayoría de sus estrellas en un gran frenesí cuando el universo tenía menos de mil millones de años, y luego se volvió inactivo cuando el universo tenía solo 1.8 mil millones de años. & # 8221

El equipo utilizó observaciones espectroscópicas del Observatorio W. M. Keck y el potente espectrógrafo de objetos múltiples para exploración infrarroja, o MOSFIRE, para realizar mediciones detalladas de XMM-2599 y cuantificar con precisión su distancia.

Los tres paneles muestran, de izquierda a derecha, cuál podría ser la trayectoria evolutiva de XMM-2599 & # 8217, comenzando como una galaxia polvorienta en formación de estrellas, luego convirtiéndose en una galaxia muerta, y tal vez terminando como una & # 8220 galaxia cúmulo más brillante & # 8221 o BCG. Crédito: NRAO / AUI / NSF / B. Saxton NASA / ESA / R. Foley NASA / StScI.

Los resultados del estudio aparecen en el Diario astrofísico.

"En esta época, muy pocas galaxias han dejado de formar estrellas, y ninguna es tan masiva como XMM-2599", dijo Gillian Wilson, profesora de física y astronomía en la UCR en cuyo laboratorio trabaja Forrest. & # 8220 La mera existencia de galaxias ultramasivas como XMM-2599 demuestra un gran desafío para los modelos numéricos. Aunque estas galaxias masivas son increíblemente raras en esta época, los modelos las predicen. Sin embargo, se espera que las galaxias pronosticadas estén formando estrellas activamente. Lo que hace que XMM-2599 sea tan interesante, inusual y sorprendente es que ya no está formando estrellas, tal vez porque dejó de recibir combustible o porque su agujero negro comenzó a encenderse. Nuestros resultados exigen cambios en la forma en que los modelos desactivan la formación de estrellas en las primeras galaxias. & # 8221

The research team found XMM-2599 formed more than 1,000 solar masses a year in stars at its peak of activity — an extremely high rate of star formation. In contrast, the Milky Way forms about one new star a year.

“XMM-2599 may be a descendant of a population of highly star-forming dusty galaxies in the very early universe that new infrared telescopes have recently discovered,” said Danilo Marchesini, an associate professor of astronomy at Tufts University and a co-author on the study.

The evolutionary pathway of XMM-2599 is unclear.

“We have caught XMM-2599 in its inactive phase,” Wilson said. “We do not know what it will turn into by the present day. We know it cannot lose mass. An interesting question is what happens around it. As time goes by, could it gravitationally attract nearby star-forming galaxies and become a bright city of galaxies?”

Co-author Michael Cooper, an associate professor of astronomy at UC Irvine, said this outcome is a strong possibility.

Photo shows Gillian Wilson (left) and Benjamin Forrest. Credit: I. Pittalwala, UC Riverside

“Perhaps during the following 11.7 billion years of cosmic history, XMM-2599 will become the central member of one of the brightest and most massive clusters of galaxies in the local universe,” he said. “Alternatively, it could continue to exist in isolation. Or we could have a scenario that lies between these two outcomes.”

The team has been awarded more time at the Keck Observatory to follow up on unanswered questions prompted by XMM-2599.

“We identified XMM-2599 as an interesting candidate with imaging alone,” said co-author Marianna Annunziatella, a postdoctoral researcher at Tufts University. “We used Keck to better characterize and confirm its nature and help us understand how monster galaxies form and die. MOSFIRE is one of the most efficient and effective instruments in the world for conducting this type of research.”

Reference: “An Extremely Massive Quiescent Galaxy at z = 3.493: Evidence of Insufficiently Rapid Quenching Mechanisms in Theoretical Models” by Ben Forrest, Marianna Annunziatella, Gillian Wilson, Danilo Marchesini, Adam Muzzin, M. C. Cooper, Z. Cemile Marsan, Ian McConachie, Jeffrey C. C. Chan, Percy Gomez, Erin Kado-Fong, Francesco La Barbera, Ivo Labbé, Daniel Lange-Vagle, Julie Nantais, Mario Nonino, Theodore Peña, Paolo Saracco, Mauro Stefanon and Remco F. J. van der Burg, 5 February 2020, Las cartas del diario astrofísico.
DOI: 10.3847/2041-8213/ab5b9f

Other researchers taking part include Daniel Lange-Vagle and Theodore Peña of Tufts University Adam Muzzin and Cemile Marsan of York University, Canada Ian McConachie and Jeffrey Chan of UCR Percy Gomez of Keck Observatory Erin Kado-Fong of Princeton University Francesco La Barbera of INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Italy Ivo Labbe of Swinburne University of Technology, Australia Julie Nantais of Andrés Bello National University, Santiago, Chile Mario Nonino of Astronomical Observatory of Trieste, Italy Paolo Saracco of Astronomical Observatory of Brera, Italy Mauro Stefanon of Leiden University, Netherlands and Remco F. J. van der Burg of the European Southern Observatory, Germany.

Wilson led the W. M. Keck Observatory data acquisition. Forrest led the processing and analysis.

The study was supported by grants from the National Science Foundation and NASA.


Guests

Adam Riess, astrophysicist. Recently published findings that the universe is about a billion years younger than previously believed. Distinguished astronomer at the Space Telescope Science Institute (@stsci). Professor of astronomy and physics at Johns Hopkins University. He won the Nobel Prize in Physics in 2011.

Jo Dunkley, professor of physics and astrophysical sciences at Princeton University. Author of "Our Universe: An Astronomer's Guide." (@j_dunkley)


Record-breaking blazar found 12.8 *billion* light years from Earth

Astronomers have found the most distant blazar yet seen, an active galaxy that was already blasting out staggering amounts of radiation when the Universe was less than a billion years old.

And I do mean staggering. In X-rays alone it's pouring out energy equivalent to over a trillón times the Sun's output over todas wavelengths. This galaxy is a beast.

So what's this all about? We know that all big galaxies (and many smaller ones too) have a supermassive black hole in their centers. These black holes form extremely rapidly after the Universe itself did, and grow along with their host galaxies. Each affects the other in many complicated ways, with the growth of the black hole depending on gas and dust in the galaxy falling toward the center to feed it, for example.

On the other hand, as that material falls toward the black hole it piles up just outside the black hole's event horizon in a vast disk called an accretion disk. Friction heats it up, and it can become intensely hot, million of degrees hot. This heat can power winds of gas that blast away from the galactic center, pushing away gas farther out. That chokes off the black hole's fuel supply, which can shut the wind down. Like I said, it's complicated, and there are lots of feedback mechanisms.

In many cases this disk has an embedded magnetic field (as does the black hole itself). The rotation makes the magnetic field lines twist up into a vortex like a tornado, and these particles flow along these lines, spiraling up and away from the black hole. These can be highly focused, created what astronomers call jets screaming away from the galactic center. They can be incredibly tightly collimated, maintaining their beams for hundreds of thousands of light years before slowing down and puffing out to create what are called lobes on either side of the galaxy.

Galaxies like this are called AGN, for Active Galactic Nuclei. There are different kinds, depending on how we see them. From the side we see lots of radio emission from the lobes, and those are called radio lobe galaxies. If the jet is aimed more or less toward us we see even more powerful radio waves and higher-energy X-rays from them, and we call them cuásares. If one of the jets is aimed almost or exactly at us, we see more X-rays and even gamma rays, the most energetic of all forms of light.

A schematic of an active galaxy, one where a central supermassive black hole is eating matter. Seen at an angle (left), we don’t observe high-energy light, but if it’s face-on (right), we do. Credit: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

We call these galaxies blazars. They're relatively rare, because of the angle issue. They have to be aimed pretty much right at us, which is just luck of the draw. Most are not, and look like regular AGN.

Remember, every big galaxy, even our own, has one of these beasts. These days most are quiet, as the gas in many galaxies spends its time farther out from the center, so the black hole isn't fed. It's quiescent. But back in the day, when the Universe was young, gas flowed freely, and AGN were more common.

Remember, too, that light travels at a finite speed. When we see something really far away, that light left it when it was very young. The farther away we see an object, the younger we see it.

Schematic showing the center of an active galaxy, where an accretion disk feeds a supermassive black hole, with both surrounded by a huge dust torus. Credit: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

The new record breaking blazar is called PSO J030947.49+271757.31 (I'll call it J0309 for short). The astronomers who found it were looking for distant blazars they examined archives of really big sky surveys across the electromagnetic spectrum, including the Very Large Array for radio, WISE for infrared, and Pan-STARRS for visible light. They searched nearly half the sky, a huge amount of real estate, for galaxies that were over 12 billion light years away. They found a half dozen, including J0309.

Using the huge Large Binocular Telescope they took spectra of the blazar and confirmed its vast distance. As the Universe expands more distant galaxies are swept away from us by higher and higher factors. This shifts the light they emit toward longer wavelengths, similar to a Doppler shift, what we generically call a corrimiento al rojo. If the galaxy is moving away from us so rapidly that all the wavelengths we see from it are doubled we say it has a redshift of 1 (due to the way the math is written out). If they're tripled it's at a redshift of 2, and so on.

The spectrum of the blazar J0309 (black) has been redshifted by a factor of about 5, as shown by a model spectrum (dashed red line) which has been shifted to match. Spectrum contributions by a few elements (oxygen, hydrogen, carbon) are indicated by vertical dotted lines. Credit: Belladitta et al.

J0309 is at a redshift of 6.1, a scalp-tinglingly high redshift. Depending on the cosmological factors you use, this puts it at a distance of 12.8 billion light years or so when the light we see left it. Mind you, the Universe is 13.8 billion years old, so this galaxy was already pouring out energy when it was less than billion years old. For comparison, the most distant blazar seen before it was at a redshift of 5.5, or roughly 12.7 billion light years.

One reason this is important is because these blazars are rare, they give us a handle on how many AGNs we should expect to see at the same distance. The astronomers calculate that one out of three active galaxies were blazars at that distance (or, if you please. at that time in the Universe's youth). Closer to home that ratio is lower, about 1 in 10, but the uncertainty in the more distant ratio is high. Essentially, those two numbers are consistent with each other. That means that by fraction of all AGNs, the Universe made as many blazars back then, more or less, as it does now. That tells us a lot about the way the Universe works!

Artist drawing of a blazar, a galaxy with a supermassive black hole spewing out energy. Credit: DESY, Science Communication Lab

So now the question is, are there more blazars at that distance? It's likely J0309 is the brightest, or else we'd have seen more earlier (that's always the case when looking for new kinds of objects or ones at great distances), but there could be more out there a bit fainter. The astronomers predict there could be 15–20 more out there, waiting somewhere in the sky to be found (perhaps by big 'scopes coming online soon, like the Vera Rubin Observatory). If so, this will tell us even more about what the Universe was like when it was extremely young, when galaxies were just forming and things were vastly different than they are today.


Scientists Confirm Age of Universe is 13.8 Billion Years

The universe is about 13.8 billion years old, according to new research published in a series of papers by an international team of astrophysicists, including Stony Brook’s Neelima Sehgal.

Using observations from the Atacama Cosmology Telescope (ACT) in Chile, their findings confirm previous measurements of ancient light extracted from Planck satellite data.

Neelima Sehgal, Associate Professor in the Physics and Astronomy Department

The ACT research team is an international collaboration of scientists from 41 institutions in seven countries. The Stony Brook team from the Department of Physics and Astronomy in the College of Arts and Sciences, led by Professor Sehgal, plays an essential role in analyzing the cosmic microwave background (CMB) — the afterglow light from the Big Bang.

“In Stony Brook-led work we are restoring the ‘baby photo’ of the universe to its original condition, eliminating the wear and tear of time and space that distorted the image,” explains Professor Sehgal, a co-author on the papers. “Only by seeing this sharper baby photo or image of the universe, can we more fully understand how our universe was born.”

A portion of a new picture of the oldest light in the universe taken by the ACT. This part covers a section of the sky 50 times the moon’s width, representing a region of space 20 billion light-years across. The light, emitted 380,000 years after the Big Bang, varies in polarization (represented by redder or bluer colors). Astrophysicists used the spacing between these variations to calculate a new estimate for the universe’s age.
(Photo: ACT Collaboration)

Obtaining the best image of the infant universe, explains Professor Sehgal, helps scientists better understand the origins of the universe, how we got to where we are on Earth, the galaxies, where we are going, how the universe may end, and when that ending may occur.

The ACT team estimates the age of the universe by measuring its oldest light. Other scientific groups take measurements of galaxies to make universe age estimates.

The new ACT estimate on the age of the universe matches the one provided by the standard model of the universe and measurements of the same light made by the Planck satellite. This adds a fresh twist to an ongoing debate in the astrophysics community, says Simone Aiola, first author of one of the new papers on the findings posted to arXiv.org.

The Atacama Cosmology Telescope (ACT) measures the oldest light in the universe, known as the cosmic microwave background. Using those measures, scientists can calculate the universe’s age.

“Now we’ve come up with an answer where Planck and ACT agree,” says Aiola, a researcher at the Flatiron Institute’s Center for Computational Astrophysics in New York City. “It speaks to the fact that these difficult measurements are reliable.”

In 2019, a research team measuring the movements of galaxies calculated that the universe is hundreds of millions of years younger than the Planck team predicted. That discrepancy suggested that a new model for the universe might be needed and sparked concerns that one of the sets of measurements might be incorrect.

The age of the universe also reveals how fast the cosmos is expanding, a number quantified by the Hubble constant. The ACT measurements suggest a Hubble constant of 67.6 kilometers per second per megaparsec. That means an object 1 megaparsec (around 3.26 million light-years) from Earth is moving away from us at 67.6 kilometers per second due to the expansion of the universe. This result agrees almost exactly with the previous estimate of 67.4 kilometers per second per megaparsec by the Planck satellite team, but it’s slower than the 74 kilometers per second per megaparsec inferred from the measurements of galaxies.

“I didn’t have a particular preference for any specific value — it was going to be interesting one way or another,” says Steve Choi of Cornell University, first author of another paper posted to arXiv.org. “We find an expansion rate that is right on the estimate by the Planck satellite team. This gives us more confidence in measurements of the universe’s oldest light.”

As ACT continues making observations, astronomers will have an even clearer picture of the CMB and a more exact idea of how long ago the cosmos began. The ACT team will also scour those observations for signs of physics that doesn’t fit the standard cosmological model. Such strange physics could resolve the disagreement between the predictions of the age and expansion rate of the universe arising from the measurements of the CMB and the motions of galaxies.

The ACT research is funded by the National Science Foundation (NSF), and the NSF also funds the work of Professor Sehgal and colleagues at Stony Brook.


Stars vs. the Big Bang

In 1929, astronomer Edwin Hubble found that the universe is expanding. Ever since, scientists have attempted to calculate just how fast that's occurring. The rate of expansion is called the Hubble Constant.

But the challenge with determining the age of our universe — which in turn helps us better understand not only its past but also its future — is that there are a few methods used to make the calculations.

One involves looking at things that are relatively nearby, cosmologically speaking, such as supernovas (exploding stars) and a particular type of star that varies in brightness, called a Cepheid variable.

Yet another involves looking far, far back, to a time shortly after the universe came to be — in particular at the cosmic microwave background radiation, or CMB, left over from the rapid birth of the universe, some 380,000 years following the Big Bang.

ACT also used this method, though from a ground-based telescope. But one advantage it had over Planck was the ability to better measure polarization of the CMB, which tells the scientists in what direction the light is moving. This allows it to be more precise.


No, The Universe Cannot Be A Billion Years Younger Than We Think

This is a Digitized Sky Survey image of the oldest star with a well-determined age in our galaxy. . [+] The ageing star, catalogued as HD 140283, lies over 190 light-years away. The NASA/ESA Hubble Space Telescope was used to narrow the measurement uncertainty on the star's distance, and this helped to refine the calculation of a more precise age of 14.5 billion years (plus or minus 800 million years). This can be reconciled with a Universe that's 13.8 billion years old (within the uncertainties), but not with one that's just 12.5 billion years of age.

Digitized Sky Survey (DSS), STScI/AURA, Palomar/Caltech, and UKSTU/AAO

One of the most surprising and interesting discoveries of the 21st century is the fact that different methods of measuring the expansion rate of the Universe yield different, inconsistent answers. If you measure the expansion rate of the Universe by looking at the earliest signals — early density fluctuations in the Universe that were imprinted from the early stages of the Big Bang — you find that the Universe expands at one particular rate: 67 km/s/Mpc, with an uncertainty of about 1%.

On the other hand, if you measure the expansion rate using the cosmic distance ladder — by looking at astronomical objects and mapping their redshifts and distances — you get a different answer: 73 km/s/Mpc, with an uncertainty of about 2%. This really is a fascinating cosmic conundrum, but despite claims by one team to the contrary, you cannot fix it by making the Universe a billion years younger. Here's why.

The expanding Universe, full of galaxies and the complex structure we observe today, arose from a . [+] smaller, hotter, denser, more uniform state. It took thousands of scientists working for hundreds of years for us to arrive at this picture, and yet the lack of a consensus on what the expansion rate actually is tells us that either something is dreadfully wrong, we have an unidentified error somewhere, or there's a new scientific revolution just on the horizon.

C. Faucher-Giguère, A. Lidz, and L. Hernquist, Science 319, 5859 (47)

At first glance, you might think that the expansion rate of the Universe has everything to do with how old the Universe is. After all, if we go back to the moment of the hot Big Bang, and we know the Universe was expanding extremely rapidly from this hot, dense, state, we know it must have cooled and slowed as it expanded. The amount of time that has passed since the Big Bang, along with the ingredients (like radiation, normal matter, dark matter and dark energy) it's made of, determine how fast the Universe should be expanding today.

If it expands 9% faster than we previously suspected, then perhaps the Universe is 9% younger than we'd anticipated. This is the naive (and incorrect) reasoning applied to the problem, but the Universe isn't as simple as that.

Three different types of measurements, distant stars and galaxies, the large scale structure of the . [+] Universe, and the fluctuations in the CMB, enable us to reconstruct the expansion history of our Universe. The fact that different methods of measurement point to different expansion histories may point the way forward to a new discovery in physics, or a greater understanding of what makes up our Universe.

ESA/Hubble and NASA, Sloan Digital Sky Survey, ESA and the Planck Collaboration

The reason you cannot simply do this is that there are three independent pieces of evidence that have to all fit together in order to explain the Universe.

  1. You must consider the early relic data, from features (known as baryon acoustic oscillations, which represent interactions between normal matter and radiation) that appear in the large-scale structure of the Universe and the fluctuations in the cosmic microwave background.
  2. You must consider the distance ladder data, which uses the apparent brightnesses and measured redshifts of objects to reconstruct both the expansion rate and the change in the expansion rate over time throughout our cosmic history.
  3. And, finally, you must consider the stars and star clusters we know of in our galaxy and beyond, which can have the ages of their stars independently determined through astronomical properties alone.

Constraints on dark energy from three independent sources: supernovae, the CMB (cosmic microwave . [+] background) and BAO (which is a wiggly feature seen in the correlations of large-scale structure). Note that even without supernovae, we’d need dark energy for certain, and also that there are uncertainties and degeneracies between the amount of dark matter and dark energy that we'd need to accurately describe our Universe.

Supernova Cosmology Project, Amanullah, et al., Ap.J. (2010)

If we look at the first two pieces of evidence — the early relic data and the distance ladder data — this is where the huge discrepancy in the expansion rate comes from. You can determine the expansion rate from both, and this is where the 9% inconsistency comes from.

But this is not the end of the story not even close. You can see, from the graph above, that the distance ladder data (which includes the supernova data, in blue) and the early relic data (which is based on both baryon acoustic oscillations and cosmic microwave background data, in the other two colors) not only intersect and overlap, but that there are uncertainties in both the dark matter density (x-axis) and dark energy density (y-axis). If you have a Universe with more dark energy, it's going to appear older if you have a Universe with more dark matter it's going to appear younger.

Four different cosmologies lead to the same fluctuations in the CMB, but measuring a single . [+] parameter independently (like H_0) can break that degeneracy. Cosmologists working on the distance ladder hope to develop a similar pipeline-like scheme to see how their cosmologies are dependent on the data that is included or excluded.

Melchiorri, A. & Griffiths, L.M., 2001, NewAR, 45, 321

This is the big issue when it comes to the early relic data and the distance ladder data: the data that we have can fit multiple possible solutions. A slow expansion rate can be consistent with a Universe with the fluctuations we see in the cosmic microwave background, for example (shown above), if you tweak the normal matter, dark matter, and dark energy densities, along with the curvature of the Universe.

In fact, if you look at the cosmic microwave background data alone, you can see that a larger expansion rate is very much possible, but that you need a Universe with less dark matter and more dark energy to account for it. What's particularly interesting, in this scenario, is that even if you demand a higher expansion rate, the act of increasing the dark energy and decreasing the dark matter keeps the age of the Universe practically unchanged at 13.8 billion years.

Before Planck, the best-fit to the data indicated a Hubble parameter of approximately 71 km/s/Mpc, . [+] but a value of approximately 69 or above would now be too great for both the dark matter density (x-axis) we've seen via other means and the scalar spectral index (right side of the y-axis) that we require for the large-scale structure of the Universe to make sense. A higher value of the Hubble constant of 73 km/s/Mpc is still allowed, but only if the scalar spectral index is high, the dark matter density is low, and the dark energy density is high.

P.A.R. ADE ET AL. AND THE PLANCK COLLABORATION (2015)

If we work out the math where the Universe has the following parameters:

  • an expansion rate of 67 km/s/Mpc,
  • a total (normal+dark) matter density of 32%,
  • and a dark energy density of 68%,

we get a Universe that's been around for 13.81 billion years since the Big Bang. The scalar spectral index (ns), in this case, is approximately 0.962.

On the other hand, if we demand that the Universe have the following very different parameters:

  • an expansion rate of 73 km/s/Mpc,
  • a total (normal+dark) matter density of 24%,
  • and a dark energy density of 76%,

we get a Universe that's been around for 13.72 billion years since the Big Bang. The scalar spectral index (n s ) , in this case, is approximately 0.995.

Correlations between certain aspects of the magnitude of temperature fluctuations (y-axis) as a . [+] function of decreasing angular scale (x-axis) show a Universe that is consistent with a scalar spectral index of 0.96 or 0.97, but not 0.99 or 1.00.

P.A.R. ADE ET AL. AND THE PLANCK COLLABORATION

Sure, the data we have for the scalar spectral index disfavors this value, but that's not the point. The point is this: making the Universe expand faster does not imply a younger Universe. Instead, it implies a Universe with a different ratio of dark matter and dark energy, but the age of the Universe remains largely unchanged.

This is very different from what one team has been asserting, and it's extremely important for a reason we've already brought up: the Universe must be at least as old as the stars within it. Although there are certainly substantial error bars (i.e., uncertainties) on the ages of any individual star or star cluster, the full suite of evidence cannot be reconciled very easily with a Universe that's younger than about 13.5 billion years.

Located around 4,140 light-years away in the galactic halo, SDSS J102915+172927 is an ancient star . [+] that contains just 1/20,000th the heavy elements the Sun possesses, and should be over 13 billion years old: one of the oldest in the Universe, and having possibly formed before even the Milky Way. The existence of stars like this informs us that the Universe cannot have properties that lead to an age younger than the stars within it.

ESO, Digitized Sky Survey 2

It takes at least 50-to-100 million years for the Universe to form the first stars of all, and those stars were made of hydrogen and helium alone: they no longer exist today. Instead, the oldest individual stars are found in the outskirts of halos of individual galaxies, and have extraordinarily tiny amounts of heavy elements. These stars are, at best, part of the second generation of stars to form, and their ages are inconsistent with a Universe that's a billion years younger than the accepted, best-fit 13.8 billion year figure.

But we can go beyond individual stars and look at the ages of globular clusters: dense collections of stars that formed back in our Universe's early stages. The stars inside, based on which ones have turned into red giants and which ones have yet to do so, give us a completely independent measurement of the Universe's age.

The twinkling stars you see are evidence of variability, which is due to a unique period/brightness . [+] relationship. This is an image of a portion of the globular cluster Messier 3, and the properties of the stars inside it allow us to determine the overall cluster's age.

The science of astronomy began with the studies of the objects in the night sky, and no object is more numerous or apparent to the naked eye than the stars. Through centuries of study, we've learned one of the most essential pieces of astronomical science: how stars live, burn through their fuel, and die.

In particular, we know that all stars, when they’re alive and burning through their main fuel (fusing hydrogen into helium), have a specific brightness and color, and remain at that specific brightness and color only for a certain amount of time: until their cores start to run out of fuel. At that point, the brighter, bluer and higher mass stars begin to “turn off” of the main sequence (the curved line on the color-magnitude diagram, below), evolving into giants and/or supergiants.

The life cycles of stars can be understood in the context of the color/magnitude diagram shown here. . [+] As the population of stars age, they 'turn off' the diagram, allowing us to date the age of the cluster in question. The oldest globular star clusters have an age of at least 13.2 billion years.

Richard Powell under c.c.-by-s.a.-2.5 (L) R. J. Hall under c.c.-by-s.a.-1.0 (R)

By looking at where that turn-off-point is for a cluster of stars that all formed at the same time, we can figure out — if we know how stars work — how old those stars in the cluster are. When we look at the oldest globular clusters out there, the ones lowest in heavy elements and whose turn-offs come for the lowest-mass stars out there, many are older than 12 or even 13 billion years, with ages up to around 13.2 billion years.

There are none that are older than the currently accepted age of the Universe, which seems to provide an important consistency check. The objects we see in the Universe would have a tremendously hard time reconciling with an age of the Universe of 12.5 billion years, which is what you'd get if you lowered our best-fit figure (of 13.8 billion years) by 9%. A younger Universe is, at best, a cosmic long-shot.

Modern measurement tensions from the distance ladder (red) with early signal data from the CMB and . [+] BAO (blue) shown for contrast. It is plausible that the early signal method is correct and there's a fundamental flaw with the distance ladder it's plausible that there's a small-scale error biasing the early signal method and the distance ladder is correct, or that both groups are right and some form of new physics (shown at top) is the culprit. But right now, we cannot be sure.

Adam Riess (private communication)

There may be some who contend we don't know what the age of the Universe is, and that this conundrum over the expanding Universe could result in a Universe much younger than what we have today. But that would invalidate a large amount of robust data we already have and accept a far more likely resolution is that the dark matter and dark energy densities are different than we previously suspected.

Something interesting is surely going on with the Universe to provide us with such a fantastic discrepancy. Why does the Universe seem to care which technique we use to measure the expansion rate? Is dark energy or some other cosmic property changing over time? Is there a new field or force? Does gravity behave differently on cosmic scales than expected? More and better data will help us find out, but a significantly younger Universe is unlikely to be the answer.