Возраст вселенной: Как определяется возраст Вселенной – Статьи на сайте Четыре глаза

Физики уточнили постоянную Хаббла и возраст Вселенной

https://ria.ru/20200727/1575005151.html

Физики уточнили постоянную Хаббла и возраст Вселенной

Физики уточнили постоянную Хаббла и возраст Вселенной — РИА Новости, 27.07.2020

Физики уточнили постоянную Хаббла и возраст Вселенной

Американские и британские физики, используя известные расстояния от Земли до пятидесяти галактик, уточнили значение постоянной Хаббла, использующейся в расчетах РИА Новости, 27.07.2020

2020-07-27T18:16

2020-07-27T18:16

2020-07-27T18:16

наука

астрономия

сша

великобритания

наса

космос — риа наука

физика

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/152176/23/1521762391_0:52:1224:741_1920x0_80_0_0_8ffc5fd9c16abfeef40937f2c0ccba93.jpg

МОСКВА, 27 июл — РИА Новости. Американские и британские физики, используя известные расстояния от Земли до пятидесяти галактик, уточнили значение постоянной Хаббла, использующейся в расчетах возраста Вселенной, который, в соответствии с новыми данными, составляет 12,6 миллиардов лет. Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomical Journal.На сегодняшний день время Большого взрыва, породившего Вселенную, ученые оценивают с помощью компьютерного моделирования, которое основывается на расстоянии до самых старых звезд, поведении галактик и скорости расширения Вселенной. Идея состоит в том, чтобы вычислить, сколько времени потребуется, чтобы все объекты вернулись в начальное состояние.Ключевой параметр для расчета «начала всего» — постоянная Хаббла, коэффициент, который использовал американский ученый Эдвин Хаббл, впервые рассчитавший скорость расширения Вселенной в 1929 году. Этот коэффициент связывает расстояние до внегалактического объекта — галактики или квазара — со скоростью его удаления.Более современный метод, использующий для оценки возраста Вселенной реликтовое излучение — космическое сверхвысокочастотное фоновое излучение, равномерно заполняющее Вселенную и возникшее в момент Большого взрыва, — дает другое значение постоянной Хаббла и, соответственно, другой возраст точки отсчета. Исследователи из США и Великобритании во главе с астрономом Джеймсом Шомбертом (James Schombert) из Орегонского университета использовали принципиально новую методику расчета расстояний в космосе, независимую от постоянной Хаббла, а использующую основанную на эмпирических наблюдениях зависимость Талли-Фишера, связывающую массу или светимость спиральной галактики со скоростью ее вращения.»Проблема масштаба расстояний, как известно, невероятно трудна, потому что расстояния до галактик огромны, а индикаторы этих расстояний слабы и их трудно калибровать», — приводятся в пресс-релизе Орегонского университета слова Шомберта.Используя точно определенные расстояния до 50 галактик в качестве ориентиров, авторы рассчитали удаленность 95 других галактик, и уточнили коридор значений отношения Талли-Фишера. Более точный учет масс и скоростей вращения галактик позволили математическим путем получить возраст и скорость расширения Вселенной.По данным исследователей, постоянная Хаббла — скорость расширения Вселенной — составляет 75,1 ±2,3километра в секунду на мегапарсек, а возраст Вселенной — около 12,6 миллиардов лет. Традиционные методы вычисления определяют значения Хаббла в районе 75, а метод реликтового излучения — около 67. Авторы пишут, что «значение ниже 70 можно исключить с 95-процентной степенью достоверности».Различные методы, опирающиеся на разные значения постоянной Хаббла, оценивают возраст Вселенной между 12 миллиардами и 14,5 миллиардами лет. Так, например, по данным космического зонда НАСА WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), изучающего реликтовое излучение, этот возраст составляет 13,77 миллиардов лет, и именно эта цифра используется в стандартной модели космологии Большого взрыва.»Эта разница находится далеко за пределами наблюдательных ошибок и вызывает много трений в космологическом сообществе, свидетельствуя о том, что наше понимание физики Вселенной неполно», — отмечает Шомберт. Новое исследование, частично основанное на наблюдениях, проведенных с помощью космического телескопа «Спитцер».

https://ria.ru/20200228/1565310976.html

https://ria.ru/20200527/1572077623. html

сша

великобритания

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/152176/23/1521762391_84:0:1140:792_1920x0_80_0_0_ef706c64dabeaf9e130102eb73595730.jpg

1920

1920

true

РИА Новости

1

5

4. 7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

астрономия, сша, великобритания, наса, космос — риа наука, физика

Наука, Астрономия, США, Великобритания, НАСА, Космос — РИА Наука, Физика

МОСКВА, 27 июл — РИА Новости. Американские и британские физики, используя известные расстояния от Земли до пятидесяти галактик, уточнили значение постоянной Хаббла, использующейся в расчетах возраста Вселенной, который, в соответствии с новыми данными, составляет 12,6 миллиардов лет. Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomical Journal.

На сегодняшний день время Большого взрыва, породившего Вселенную, ученые оценивают с помощью компьютерного моделирования, которое основывается на расстоянии до самых старых звезд, поведении галактик и скорости расширения Вселенной. Идея состоит в том, чтобы вычислить, сколько времени потребуется, чтобы все объекты вернулись в начальное состояние.

Ключевой параметр для расчета «начала всего» — постоянная Хаббла, коэффициент, который использовал американский ученый Эдвин Хаббл, впервые рассчитавший скорость расширения Вселенной в 1929 году. Этот коэффициент связывает расстояние до внегалактического объекта — галактики или квазара — со скоростью его удаления.

Более современный метод, использующий для оценки возраста Вселенной реликтовое излучение — космическое сверхвысокочастотное фоновое излучение, равномерно заполняющее Вселенную и возникшее в момент Большого взрыва, — дает другое значение постоянной Хаббла и, соответственно, другой возраст точки отсчета.

Исследователи из США и Великобритании во главе с астрономом Джеймсом Шомбертом (James Schombert) из Орегонского университета использовали принципиально новую методику расчета расстояний в космосе, независимую от постоянной Хаббла, а использующую основанную на эмпирических наблюдениях зависимость Талли-Фишера, связывающую массу или светимость спиральной галактики со скоростью ее вращения.

28 февраля 2020, 10:13Наука

Ученые зафиксировали мощнейший взрыв во Вселенной

«Проблема масштаба расстояний, как известно, невероятно трудна, потому что расстояния до галактик огромны, а индикаторы этих расстояний слабы и их трудно калибровать», — приводятся в пресс-релизе Орегонского университета слова Шомберта.

Используя точно определенные расстояния до 50 галактик в качестве ориентиров, авторы рассчитали удаленность 95 других галактик, и уточнили коридор значений отношения Талли-Фишера. Более точный учет масс и скоростей вращения галактик позволили математическим путем получить возраст и скорость расширения Вселенной.

По данным исследователей, постоянная Хаббла — скорость расширения Вселенной — составляет 75,1 ±2,3километра в секунду на мегапарсек, а возраст Вселенной — около 12,6 миллиардов лет.

Традиционные методы вычисления определяют значения Хаббла в районе 75, а метод реликтового излучения — около 67. Авторы пишут, что «значение ниже 70 можно исключить с 95-процентной степенью достоверности».

Различные методы, опирающиеся на разные значения постоянной Хаббла, оценивают возраст Вселенной между 12 миллиардами и 14,5 миллиардами лет. Так, например, по данным космического зонда НАСА WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), изучающего реликтовое излучение, этот возраст составляет 13,77 миллиардов лет, и именно эта цифра используется в стандартной модели космологии Большого взрыва.

«Эта разница находится далеко за пределами наблюдательных ошибок и вызывает много трений в космологическом сообществе, свидетельствуя о том, что наше понимание физики Вселенной неполно», — отмечает Шомберт.

Новое исследование, частично основанное на наблюдениях, проведенных с помощью космического телескопа «Спитцер».

27 мая 2020, 18:00Наука

Астрономы нашли недостающую материю Вселенной

Откуда мы знаем возраст Вселенной?

Наука
Космос
Вселенная

Откуда мы знаем возраст Вселенной?

Егор Морозов

—
18 января 2021, 14:30

Сейчас мы можем узнать возраст Вселенной буквально за секунду, спросив об этом Google. Однако ученые потратили столетия, прежде чем выяснили ответ: почти 14 миллиардов лет, а точнее 13,8 миллиардов лет. И новые исследования продолжают подтверждать это число. В конце декабря группа ученых, работающих на Атакамском космологическом телескопе в Чили, опубликовала свою последнюю оценку — 13,77 миллиардов лет, плюс-минус несколько десятков миллионов лет. Это хорошо совпадает с данными миссии «Планк», европейского спутника, который проводил аналогичные наблюдения в период с 2009 по 2013 год.

Точные наблюдения чилийского телескопа и космического зонда — результат размышлений людей на протяжении тысячелетий, откуда взялась Вселенная. В итоге мы, люди, с продолжительностью жизни менее века, получили представления о событиях, которые произошли за много лет до того, как наша планета — и даже атомы, которые составляют нашу планету — появились. Но как мы это сделали?

Новое время: Вселенная не вечна

Опустим античность, где в почти каждой культуре хватало мифов о «творении всего сущего». Так, греческие философы, такие как Платон и Аристотель, в IV-III веках до нашей эры считали, что планеты и звезды заключены в вечно вращающиеся небесные сферы. И на протяжении почти пары тысяч лет всех это устраивало.

Противоречие с наблюдениями обнаружил лишь в 1610 году астроном Иоганн Кеплер: если в вечной Вселенной находится бесконечное количество звезд, почему все эти звезды не заполнили Вселенную ослепляющим светом? Он рассуждал, что темное ночное небо предполагает ограниченный космос, в котором звезды в конечном итоге гаснут. Вот так из неверных рассуждений он получил, в общем-то, верные выводы.

Таким представлял себе космос астроном Петр Алиан в своей книге «Космография» 1539 года.

Противоречие между наблюдаемым ночным небом и бесконечной Вселенной стало известно как парадокс Ольбера, названный в честь Генриха Ольбера, астронома, который популяризировал его в 1826 году. И следующую здравую мысль об этом парадоксе выдвинул поэт Эдгар Аллан По. В своей прозе «Эврика» в 1848 году он рассуждал о том, что Вселенная не вечна. Был момент ее образования, и с тех пор прошло недостаточно времени, чтобы звезды полностью осветили небо.

1900-е: первые оценки возраста Вселенной


Следующий шаг в решении парадокса Ольбера сделал Альберт Эйнштейн с его новой теорией гравитации. Из нее следовало, что Вселенная, вероятно, увеличивается или уменьшается со временем. Как мы знаем, это действительно так, однако гениальный физик добавил в свои уравнения ложный фактор — космологическую постоянную — чтобы Вселенная не меняла размеры (что позволяет ей существовать вечно).

Между тем, более крупные телескопы 20-ого века позволили астрономам четко разглядеть другие галактики, что вызвало ожесточенные споры о том, смотрят ли они на далекие «островные Вселенные», или же на близлежащие звездные скопления внутри Млечного Пути. Острые глаза Эдвина Хаббла окончательно разрешили парадокс в конце 1920-х годов, когда он впервые измерил межгалактические расстояния. Астроном обнаружил, что галактики не только являются огромными и далекими объектами, но и улетают друг от друга.

2.5-метровый телескоп, который помог Хабблу совершить многие его астрономические открытия.

Итак, решено: Вселенная расширяется, и Хаббл зафиксировал скорость этого процесса на уровне 500 километров в секунду на мегапарсек, ошибившись на порядок. С физической точки зрения это скорость, с которой разлетаются две галактики, находящиеся на расстоянии в 1 мегапарсек (порядка 3.2 миллионов световых лет) друг от друга. Это постоянная величина, которая теперь носит его имя. И, раз астрономы поняли, что Вселенная расширяется — значит, у нее было начало, и можно вычислить, когда именно она образовалась. Работа Хаббла в 1929 году показала, что Вселенная расширяется таким образом, что ей должно быть около 2 миллиардов лет — ожидаемая ошибка опять же почти на порядок.

«Скорость расширения говорит вам, насколько быстро вы можете перемотать историю Вселенной, как на старой видеокассете», — говорит Дэниел Сколник, космолог из Университета Дьюка. «Если скорость перемотки быстрее, значит, фильм короче».

Но достаточно точно измерять расстояния до далеких галактик тогда не умели. Более точный метод появился в 1965 году, когда исследователи обнаружили слабые микроволны, пронизывающие весь космос. На тот момент космологи уже предсказали, что такой сигнал должен существовать, поскольку свет, излучаемый всего через несколько сотен тысяч лет после рождения Вселенной, должен был растянут в результате расширения пространства и стать более длинными микроволнами. Измеряя характеристики этого космического микроволнового фона, астрономы смогли сделать своего рода снимок молодой Вселенной, определив ее первоначальный размер и состав. Этот фон послужил уже неопровержимым доказательством того, что у космоса было начало.

Карта реликтового излучения — «фото» ранней Вселенной.

«Самое важное, что было достигнуто окончательным открытием [реликтового излучения] в 1965 году, так это заставить всех нас серьезно отнестись к идее о существовании ранней Вселенной» , — писал лауреат Нобелевской премии Стивен Вайнберг в своей книге 1977 года «Первые три минуты».

С 1990 годов по настоящее время: уточнение расчетов

Реликтовое излучение позволило космологам понять, насколько велика была Вселенная в ранний момент времени, что помогло им вычислить ее размер и скорость расширения. Оказалось, что она почти в десять раз медленнее, чем вычисленная Хабблом, и составляет около 70 километров в секунду на мегапарсек, что отодвигает момент «начала космоса» еще дальше во времени. В 1990-е годы возраст Вселенной оценивался от 7 до 20 миллиардов лет.

Кропотливые усилия нескольких команд были направлены на то, чтобы максимально точно выяснить скорость расширения Вселенной. Наблюдение за далекими галактиками с помощью космического телескопа Хаббла в 1993 году показало, что текущее значение одноименной постоянной составляет 71 километр в секунду на мегапарсек, что сузило возраст Вселенной до 9-14 миллиардов лет.

Затем, в 2003 году, космический аппарат WMAP создал карту реликтового излучения с мельчайшими деталями. На основании этих данных космологи подсчитали, что возраст Вселенной составляет от 13,5 до 13,9 миллиардов лет. Примерно десять лет спустя спутник «Планк» измерил реликтовое излучение еще более детально, получив постоянную Хаббла в 67,66 и возраст в 13,8 миллиарда лет. Новое независимое измерение реликтового излучения на чилийском телескопе дало сравнимые цифры, что еще больше укрепило уверенность космологов в том, что они точны в определении возраста Вселенной.

Один из способов измерения постоянной Хаббла: вычисляется параллакс (то есть видимое смещение звезды при движении Земли по орбите, что позволяет вычислить расстояние до нее), а по красному смещению — скорость удаления звезды от нас.

Не все так просто: есть космологический конфликт

По мере того, как измерения ранней и современной Вселенных стали более точными, они начали противоречить друг другу. В то время как исследования, основанные на картографировании микроволнового фона, предполагают, что постоянная Хаббла находится на уровне 60 километров в секунду на мегапарсек, измерения расстояний до соседних галактик (которые опираются на снимки очень ярких и практически одинаковых по всему космосу сверхновых) дают более высокие темпы расширения ближе к 70 километрам в секунду на мегапарсек.

Сколник участвовал в одном таком исследовании в 2019 году, а другое измерение, основанное на яркости различных галактик, на прошлой неделе пришло к аналогичному выводу (что современная Вселенная быстро расширяется). На первый взгляд более высокие темпы расширения, которые получают эти команды, могут означать, что Вселенная на самом деле примерно на миллиард лет моложе канонических 13,8 миллиардов лет, установленных зондом «Планк» и чилийским телескопом.

Также такое несоответствие может указывать на то, что в представлении космологов о реальности не хватает чего-то важного и неочевидного. Связь реликтового излучения с современной Вселенной ​​включает предположения о плохо изученных темных материи и энергии, которые, по-видимому, доминируют в нашей Вселенной, а тот факт, что измерения постоянной Хаббла «во времени» не совпадают, может указывать на то, что расчет истинного возраста Вселенная предполагает нечто большее, чем простую «перемотку» ленты.

«Я не уверен в теории, благодаря которой мы определяем возраст Вселенной», — говорит Сколник. «Я не говорю, что она неверна, но я не могу сказать, что она безупречна».

iGuides в Яндекс.Дзен —  zen.yandex.ru/iguides.ru

iGuides в Telegram — t.me/igmedia

Источник:

The universe is 13.8 billion years old—here’s how we know

Рекомендации

• «Google Фото» классно прокачали. Сервис получил совершенно новый дизайн

• Главное ограничение iPhone наконец обошли. App Store больше не нужен

• 📱 Apple закрыла последний способ установки «Сбербанка». Как теперь скачать его на iPhone?

• AliExpress нагло завысил все цены. Не спешите с покупками

Рекомендации

«Google Фото» классно прокачали. Сервис получил совершенно новый дизайн

Главное ограничение iPhone наконец обошли. App Store больше не нужен

📱 Apple закрыла последний способ установки «Сбербанка». Как теперь скачать его на iPhone?

AliExpress нагло завысил все цены. Не спешите с покупками

Читайте также

Россия
Телефоны

Внутриигровую «голду» будут отслеживать, как реальные деньги

Россия
Игры

Спрос на пауэрбанки и криптокошельки взлетел по всей стране. Люди к чему-то готовятся?

Россия
Санкции

Когда появилась Вселенная

Люди с древних времен интересовались возрастом Вселенной. И хотя у нее нельзя спросить паспорт, чтобы посмотреть дату рождения, современная наука смогла ответить на этот вопрос. Правда, лишь совсем недавно.

Алексей Левин

Мудрецы Вавилона и Греции считали мироздание вечным и неизменным, а индуистские хронисты в 150 году до н.э. определили, что ему в точности 1 972 949 091 год (кстати, по порядку величины они не сильно ошиблись!). В 1642 году английский теолог Джон Лайтфут путем скрупулезного анализа библейских текстов вычислил, что сотворение мира пришлось на 3929 год до н.э.; спустя несколько лет ирландский епископ Джеймс Ашер передвинул его на 4004 год. Основатели современной науки Иоганн Кеплер и Исаак Ньютон тоже не прошли мимо этой темы. Хотя они апеллировали не только к Библии, но и к астрономии, их результаты оказались похожими на вычисления богословов — 3993 и 3988 годы до н.э. В наше просвещенное время возраст Вселенной определяют иными способами. Чтобы увидеть их в исторической проекции, поначалу взглянем на собственную планету и ее космическое окружение.

Гадание по камням

Со второй половины XVIII века ученые начали оценивать возраст Земли и Солнца на основе физических моделей. Так, в 1787 году французский натуралист Жорж-Луи Леклерк пришел к выводу, что, если бы наша планета при рождении была шаром из расплавленного железа, ей нужно было бы от 75 до 168 тысяч лет, чтобы остыть до нынешней температуры. Через 108 лет ирландский математик и инженер Джон Перри заново просчитал тепловую историю Земли и определил ее возраст в 2−3 млрд лет. В самом начале XX столетия лорд Кельвин пришел к выводу, что если Солнце постепенно сжимается и светит исключительно за счет высвобождения гравитационной энергии, то его возраст (и, следовательно, максимальный возраст Земли и остальных планет) может составить несколько сотен миллионов лет. Но в то время геологи не смогли ни подтвердить, ни опровергнуть эти оценки из-за отсутствия надежных методов геохронологии.

В середине первого десятилетия ХХ века Эрнест Резерфорд и американский химик Бертрам Болтвуд разработали основы радиометрической датировки земных пород, которая показала, что Перри был много ближе к истине. В 1920-х были найдены образцы минералов, чей радиометрический возраст приближался к 2 млрд лет. Позднее геологи не раз повышали эту величину, и к настоящему времени она выросла более чем вдвое — до 4,4 млрд. Дополнительные данные предоставляет исследование «небесных камней» — метеоритов. Почти все радиометрические оценки их возраста укладываются в интервал 4,4−4,6 млрд лет.

Современная гелиосейсмология позволяет непосредственно определить и возраст Солнца, который, по последним данным, составляет 4,56 — 4,58 млрд лет. Поскольку продолжительность гравитационной конденсации протосолнечного облака исчислялась всего лишь миллионами лет, можно уверенно утверждать, что от начала этого процесса до наших дней прошло не более 4,6 млрд лет. При этом солнечное вещество содержит множество элементов тяжелее гелия, которые образовались в термоядерных топках массивных звезд прежних поколений, выгоревших и взорвавшихся сверхновыми. Это означает, что протяженность существования Вселенной сильно превышает возраст Солнечной системы. Чтобы определить меру этого превышения, нужно выйти сначала в нашу Галактику, а затем и за ее пределы.

Следуя за белыми карликами

Время жизни нашей Галактики можно определять разными способами, но мы ограничимся двумя самыми надежными. Первый метод основан на мониторинге свечения белых карликов. Эти компактные (примерно с Землю величиной) и изначально очень горячие небесные тела представляют собой конечную стадию жизни практически всех звезд за исключением самых массивных. Для превращения в белый карлик звезда должна полностью сжечь все свое термоядерное топливо и претерпеть несколько катаклизмов — например, на какое-то время стать красным гигантом.

Согласно радиометрической датировке, самыми старыми породами на Земле сейчас считаются серые гнейсы побережья Большого Невольничьего озера на северо-западе Канады — их возраст определен в 4,03 миллиарда лет. Еще раньше (4,4 миллиарда лет назад) кристаллизовались мельчайшие зерна минерала циркона, природного силиката циркония, найденные в гнейсах на западе Австралии. А раз в те времена уже существовала земная кора, наша планета должна быть несколько старше.
Что касается метеоритов, наиболее точную информацию дает датировка кальциево-алюминиевых вкраплений в веществе каменноугольных хондритовых метеоритов, которое практически не изменилось после его формирования из газо-пылевого облака, окружавшего новорожденное Солнце. Радиометрический возраст подобных структур в метеорите Ефремовка, найденном в 1962 году в Павлодарской области Казахстана, составляет 4 миллиарда 567 миллионов лет.

Типичный белый карлик почти полностью состоит из ионов углерода и кислорода, погруженных в вырожденный электронный газ, и имеет тонкую атмосферу, в составе которой доминируют водород или гелий. Его поверхностная температура составляет от 8 000 до 40 000 К, в то время как центральная зона нагрета до миллионов и даже десятков миллионов градусов. Согласно теоретическим моделям, могут также рождаться карлики, состоящие преимущественно из кислорода, неона и магния (в которые при определенных условиях превращаются звезды с массой от 8 до 10,5 или даже до 12 солнечных масс), однако их существование еще не доказано. Теория также утверждает, что звезды, как минимум вдвое уступающие Солнцу по массе, заканчивают жизнь в виде гелиевых белых карликов. Такие звезды очень многочисленны, однако они сжигают водород крайне медленно и посему живут многие десятки и сотни миллионов лет. Пока что им просто не хватило времени, чтоб исчерпать водородное горючее (очень немногочисленные гелиевые карлики, обнаруженные к настоящему времени, обитают в двойных системах и возникли совсем другим путем).

Коль скоро белый карлик не может поддерживать реакции термоядерного синтеза, он светит за счет накопленной энергии и потому медленно остывает. Темпы этого охлаждения можно вычислить и на этой основе определить время, потребное для снижения температуры поверхности от первоначальной (для типичного карлика это примерно 150 000 К) до наблюдаемой. Поскольку нас интересует возраст Галактики, следует искать самые долгоживущие, а потому и самые холодные белые карлики. Современные телескопы позволяют обнаружить внутригалактические карлики с температурой поверхности менее 4000 К, светимость которых в 30 000 раз уступает солнечной. Пока они не найдены — либо их нет вообще, либо очень мало. Отсюда следует, что наша Галактика не может быть старше 15 млрд лет, иначе они бы присутствовали в заметных количествах.

Это верхняя граница возраста. А что можно сказать о нижней? Самые холодные из ныне известных белых карликов были зарегистрированы космическим телескопом «Хаббл» в 2002 и 2007 годах. Вычисления показали, что их возраст составляет 11,5 — 12 млрд лет. К этому еще нужно добавить возраст звезд-предшественниц (от полумиллиарда до миллиарда лет). Отсюда следует, что Млечный Путь никак не моложе 13 млрд лет. Так что окончательная оценка его возраста, полученная на основе наблюдения белых карликов, — примерно 13 — 15 млрд лет.

Шаровые свидетельства

Второй метод основан на исследовании шарообразных звездных скоплений, находящихся в периферийной зоне Млечного Пути и обращающихся вокруг его ядра. Они содержат от сотен тысяч до более чем миллиона звезд, связанных взаимным притяжением.

Шаровые скопления имеются практически во всех крупных галактиках, причем их количество порой достигает многих тысяч. Новые звезды там практически не рождаются, зато пожилые светила присутствуют в избытке. В нашей Галактике зарегистрировано около 160 таких шаровых скоплений, и, возможно, будут открыты еще два-три десятка. Механизмы их формирования не вполне ясны, однако, вероятнее всего, многие из них возникли вскоре после рождения самой Галактики. Поэтому датировка формирования древнейших шаровых скоплений позволяет установить и нижнюю границу галактического возраста.

Такая датировка весьма сложна технически, но в основе ее лежит очень простая идея. Все звезды скопления (от сверхмассивных до самых легких) образуются из одного итого же газового облака и потому рождаются практически одновременно. С течением времени они выжигают основные запасы водорода — одни раньше, другие позже. На этой стадии звезда покидает главную последовательность и претерпевает серию превращений, которые завершаются либо полным гравитационным коллапсом (за которым следует формирование нейтронной звезды или черной дыры), либо возникновением белого карлика. Поэтому изучение состава шарового скопления позволяет достаточно точно определить его возраст. Для надежной статистики число изученных скоплений должно составить не менее нескольких десятков.

Такую работу три года назад выполнила команда астрономов, пользовавшихся камерой ACS (Advanvced Camera for Survey) космического телескопа «Хаббл». Мониторинг 41 шарового скопления нашей Галактики показал, что их средний возраст составляет 12,8 млрд лет. Рекордсменами оказались скопления NGC 6937 и NGC 6752, удаленные от Солнца на 7200 и 13 000 световых лет. Они почти наверняка не моложе 13 млрд лет, причем наиболее вероятное время жизни второго скопления -13,4 млрд лет (правда, с погрешностью плюс-минус миллиард).

Однако же наша Галактика должна быть постарше своих скоплений. Ее первые сверхмассивные звезды взрывались сверхновыми и выбрасывали в космос ядра многих элементов, в частности, ядра стабильного изотопа бериллия-бериллия-9. Когда начали формироваться шаровые скопления, их новорожденные звезды уже содержали бериллий, причем тем больше, чем позже они возникли. По содержанию бериллия в их атмосферах можно выяснить, насколько скопления моложе Галактики. Как свидетельствуют данные по скоплению NGC 6937, эта разница составляет 200 — 300 млн лет. Так что без большой натяжки можно сказать, что возраст Млечного Пути превышает 13 млрд лет и, возможно, достигает 13,3 — 13,4 млрд. Это практически такая же оценка, как и сделанная на основании наблюдения белых карликов, но получена она совершенно иным способом.

Закон Хаббла

Научная постановка вопроса о возрасте Вселенной стала возможной лишь в начале второй четверти прошлого века. В конце 1920-х годов Эдвин Хаббл и его ассистент Милтон Хьюмасон занялись уточнением расстояний до десятков туманностей за пределами Млечного Пути, которые лишь несколькими годами ранее стали считать самостоятельными галактиками.

Эти галактики удаляются от Солнца с радиальными скоростями, которые были измерены по величине красного смещения их спектров. Хотя дистанции до большинства таких галактик удалось определить с большой погрешностью, Хаббл все же выяснил, что они примерно пропорциональны радиальным скоростям, о чем и написал в статье, опубликованной в начале 1929 года. Два года спустя Хаббл и Хьюмасон подтвердили этот вывод на основании результатов наблюдений других галактик — некоторые из них отдалены более чем на 100 млн световых лет.

Эти данные легли в основу прославленной формулы v=H0d, известной как закон Хаббла. Здесь v — радиальная скорость галактики по отношению к Земле, d — расстояние, H0 — коэффициент пропорциональности, чья размерность, как легко видеть, обратна размерности времени (раньше его называли постоянной Хаббла, что неверно, поскольку в предшествующие эпохи величина H0 была иной, чем в наше время). Сам Хаббл и еще многие астрономы долгое время отказывались от предположений о физическом смысле этого параметра. Однако Жорж Леметр еще в 1927 году показал, что общая теория относительности позволяет интерпретировать разлет галактик как свидетельство расширения Вселенной. Четырьмя годами позже он имел смелость довести этот вывод до логического конца, выдвинув гипотезу, что Вселенная возникла из практически точечного зародыша, который он, за неимением лучшего термина, назвал атомом. Этот первородный атом мог пребывать в статичном состоянии любое время вплоть до бесконечности, однако его «взрыв» породил расширяющееся пространство, заполненное материей и излучением, которое за конечное время дало начало нынешней Вселенной. Уже в своей первой статье Леметр вывел полный аналог хаббловской формулы и, располагая известными к тому времени данными о скоростях и дистанциях ряда галактик, получил примерно такое же значение коэффициента пропорциональности между дистанциями и скоростями, что и Хаббл. Однако его статья была напечатана на французском языке в малоизвестном бельгийском журнале и поначалу осталась незамеченной. Большинству астрономов она стала известна лишь в 1931 году после публикации ее английского перевода.

Хаббловское время

Из этой работы Леметра и более поздних трудов как самого Хаббла, так и других космологов прямо следовало, что возраст Вселенной (естественно, отсчитанный от начального момента ее расширения) зависит от величины 1/H0, которую теперь называют хаббловским временем. Характер этой зависимости определяется конкретной моделью мироздания. Если считать, что мы живем в плоской Вселенной, заполненной гравитирующим веществом и излучением, то для вычисления ее возраста 1/H0 надо умножить на 2/3.

Тут-то и возникла загвоздка. Из измерений Хаббла и Хьюмасона вытекало, что численная величина 1/H0 приблизительно равна 1,8 млрд лет. Отсюда следовало, что Вселенная родилась 1,2 млрд лет назад, что явно противоречило даже сильно заниженным в то время оценкам возраста Земли. Из этого затруднения можно было выпутаться, предположив, что галактики разлетаются медленнее, чем считал Хаббл. Со временем это допущение подтвердилось, но проблемы так и не решило. Согласно данным, полученным к концу прошлого века с помощью оптической астрономии, 1/H0 составляет от 13 до 15 млрд лет. Так что расхождение все же оставалось, поскольку пространство Вселенной как считалось, так и считается плоским, а две трети хаббловского времени сильно меньше даже самых скромных оценок возраста Галактики.

Согласно последним измерениям параметра Хаббла нижняя граница хаббловского времени составляет 13,5 миллиардов лет, а верхняя — 14 миллиардов. Получается, что нынешний возраст Вселенной примерно равен нынешнему хаббловскому времени. Такое равенство должно строго и неизменно соблюдаться для абсолютно пустой Вселенной, где нет ни гравитируюшей материи, ни антигравитирующих полей. Но ведь в нашем мире хватает и того, и другого. Дело в том, что пространство сначала расширялось с замедлением, потом скорость его расширения стала расти, и в нынешнюю эпоху эти противоположные тенденции почти скомпенсировали друг друга. 

В общем виде это противоречие было устранено в 1998 — 1999 годах, когда две команды астрономов доказали, что последние 5 — 6 млрд лет космическое пространство расширяется не с падающей, а возрастающей скоростью. Это ускорение обычно объясняют тем, что в нашей Вселенной растет влияние антигравитационного фактора, так называемой темной энергии, плотность которой не изменяется со временем. Поскольку плотность гравитирующей материи падает по мере расширения Космоса, темная энергия все успешней конкурирует с тяготением. Продолжительность существования Вселенной с антигравитационной компонентой вовсе не обязана быть равной двум третям хаббловского времени. Поэтому открытие ускоряющегося расширения Вселенной (отмеченное в 2011 году Нобелевской премией) позволило устранить расстыковку между космологическими и астрономическими оценками времени ее жизни. Оно также стало прелюдией к разработке нового метода датировки ее рождения.

Космические ритмы

30 июня 2001 года NASA отправило в космос зонд Explorer 80, через два года переименованный в WMAP, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Его аппаратура позволила регистрировать температурные флуктуации микроволнового реликтового излучения с угловым разрешением менее трех десятых градуса. Тогда уже было известно, что спектр этого излучения почти полностью совпадает со спектром идеального черного тела, нагретого до 2,725 К, а колебания его температуры при «крупнозернистых» измерениях с угловым разрешением в 10 градусов не превышают 0,000036 К. Однако на «мелкозернистой» шкале зонда WMAP амплитуды таких флуктуаций были в шесть раз больше (около 0,0002 К). Реликтовое излучение оказалось пятнистым, тесно испещренным чуть более и чуть менее нагретыми участками.

Флуктуации реликтового излучения порождены колебаниями плотности электронно-фотонного газа, который некогда заполнял космическое пространство. Она упала почти до нуля приблизительно через 380 000 лет после Большого взрыва, когда практически все свободные электроны соединились с ядрами водорода, гелия и лития и тем самым положили начало нейтральным атомам. Пока этого не произошло, в электронно-фотонном газе распространялись звуковые волны, на которые влияли гравитационные поля частиц темной материи. Эти волны, или, как говорят астрофизики, акустические осцилляции, наложили отпечаток на спектр реликтового излучения. Этот спектр можно расшифровать при помощи теоретического аппарата космологии и магнитной гидродинамики, что дает возможность по-новому оценить возраст Вселенной. Как показывают новейшие вычисления, его наиболее вероятная протяженность составляет 13,72 млрд лет. Она и считается сейчас стандартной оценкой времени жизни Вселенной. Если принять во внимание все возможные неточности, допуски и приближения, можно заключить, что, согласно результатам зонда WMAP, Вселенная существует от 13,5 до 14 млрд лет.

Таким образом, астрономы, оценивая возраст Вселенной тремя различными способами, получили вполне совместимые результаты. Поэтому теперь мы знаем (или, выражаясь осторожней, думаем, что знаем), когда возникло наше мироздание — во всяком случае, с точностью до нескольких сотен миллионов лет. Вероятно, потомки внесут решение этой вековой загадки в перечень самых замечательных достижений астрономии и астрофизики.

Возраст Вселенной — Как возникла и сколько лет существует

Мы сделали краткое изложение того, что астрономы принимают во внимание, чтобы ответить на одну из загадок человечества. Вы, вероятно, не знали, что вы тоже можете узнать ответ на вопрос «Сколько лет Вселенной»

Концептуально это может показаться самой простой идеей в мире для определения возраста Вселенной. Как только вы обнаружите, что Вселенная расширяется, все, что вам нужно сделать, это измерить скорость расширения сегодня и использовать законы физики, чтобы определить, как скорость расширения должна изменяться с течением времени. Вместо того, чтобы экстраполировать вперед, чтобы определить судьбу Вселенной, вы делаете вычисления в обратном и обратном направлении, пока не достигнете условий Большого Взрыва.

Этот очевидный метод не только работает, он по-прежнему является лучшим способом рассчитать возраст Вселенной даже сегодня. Однако очень легко ошибиться, поскольку существует множество упрощающих предположений, которые дадут вам простой ответ, который не обязательно будет правильным.

Сколько миллиардов лет Вселенной

Возраст Вселенной — Как возникла и сколько лет существует / pixabay.com

Теперь можно с уверенностью сказать, что Вселенной 13,8 миллиарда лет. Но насколько мы действительно можем быть уверены в этом ответе? 

Читай также: Самое редкое явление во Вселенной удалось зафиксировать

Самый простой и самый прямой способ измерить возраст Вселенной — просто взглянуть на находящиеся в ней объекты: например, звезды. Только в одной галактике Млечный Путь у нас есть сотни миллиардов звезд, и подавляющая часть древней истории астрономии была посвящена изучению и описанию звезд. Сегодня это остается активной областью исследований, поскольку астрономы обнаружили взаимосвязь между наблюдаемыми свойствами звездных популяций и их возрастом.

Поэтому, когда вы смотрите на совокупность звезд, вы можете определить, сколько ей лет, посмотрев, какие звезды еще остались, а какие полностью исчезли.

В нашей галактике есть звезды всех возрастов, но измерения каждой отдельной звезды будут сопряжены с погрешностями. Причина проста: когда мы видим отдельную звезду, мы видим ее такой, какая она есть сегодня. Мы не можем видеть или знать, что происходило в прошлой истории этой звезды, что могло привести к ее нынешнему состоянию. Мы можем видеть только текущий снимок того, что существует, и мы должны сделать вывод об остальном.

Вы часто будете видеть попытки измерить возраст отдельной звезды, но это всегда связано с предположением, что у звезды не было взаимодействия, слияния или другого насильственного события в прошлом. Из-за этой возможности и того факта, что мы видим выживших только тогда, когда смотрим на Вселенную сегодня, эти эпохи всегда сопровождаются огромной неопределенностью — порядка миллиарда лет или даже больше.

Возраст Вселенной — Как возникла и сколько лет существует / pixabay.com

Однако при просмотре больших скоплений звезд неопределенности намного меньше. Коллекции звезд, которые образуются в галактике, такой как Млечный Путь (рассеянные звездные скопления), обычно содержат несколько тысяч звезд и существуют всего несколько сотен миллионов лет. Гравитационное взаимодействие между этими звездами в конечном итоге приводит к их разделению. Хотя небольшой процент существует в течение миллиарда или даже нескольких миллиардов лет, мы не знаем рассеянных звездных скоплений, которые были бы такими же старыми, как наша Солнечная система.

Однако шаровые скопления больше, массивнее и изолированы, и их можно найти по всему гало Млечного Пути (и в большинстве крупных галактик). Наблюдая за ними, мы можем измерить цвета и яркость многих звезд внутри, что позволяет нам, если мы понимаем, как звезды работают и развиваются, определять возраст этих звездных скоплений. Хотя здесь тоже есть неопределенности, существует большая популяция шаровых скоплений, даже в пределах Млечного Пути, возрастом 12 миллиардов лет и более.

Какой возраст Вселенной

Возраст Вселенной — Как возникла и сколько лет существует / pixabay.com

Сложно сказать. Хотя возраст самого старого из звездных скоплений почти гарантированно составляет от 12,5 до 13 миллиардов лет, существует большая неопределенность в отношении количества времени, необходимого звезде с массой нашего Солнца, чтобы начать свой переход в субгигант, а затем его превращение в полномасштабную звезду красного гиганта. Это могло быть 10 миллиардов лет; это могло быть 12 миллиардов лет; это могло быть промежуточное значение. В течение многих лет многие астрономы, работавшие над шаровыми скоплениями, утверждали, что самым старым из них 14, возможно, даже 16 миллиардов лет.

Читай также: Определена самая маленькая часть времени

Сегодня мы можем с уверенностью заключить, что существует нижний предел возраста Вселенной от 12,5 до 13 миллиардов лет от измеряемых нами звезд, но это не точно определяет возраст. Это хорошее ограничение, но чтобы получить истинную цифру, нам нужен лучший метод.

К счастью, вселенная дает нам его. Видите ли, общая теория относительности Эйнштейна для Вселенной, заполненной (примерно) равным количеством материи и энергии повсюду и во всех направлениях (как наша), обеспечивает прямую связь между двумя величинами:

• Количества и типа материи и энергии, присутствующей во Вселенной
• Как быстро расширяется Вселенная сегодня.

Это соотношение было впервые получено в 1922 году Александром Фридманом, и уравнения, позволяющие определить возраст Вселенной, должны быть известны как уравнения Фридмана. Нам потребовалось много лет, чтобы измерить компоненты Вселенной, но теперь у нас сложилась общая картина.

Из чего состоит Вселенная

Возраст Вселенной — Как возникла и сколько лет существует / pixabay.com

Наблюдения в диапазоне от обилия легких элементов до скопления галактик и того, как скопления галактик сталкиваются с далекими сверхновыми, и флуктуации космического микроволнового фона,  указывают на одну и ту же Вселенную. В частности, он состоит из:

68% темной энергии,
27% темной материи,
4,9% нормального вещества (протоны, нейтроны и электроны),
0,1% нейтрино,
0,01% фотонов (световые частицы или излучение),
и менее 0,4% всего остального, включая искривление пространства, космические цепи, доменные границы и другие причудливые и экзотические компоненты.

Это изображение согласуется с полным набором имеющихся у нас наблюдений; вам действительно нужно очень хорошо подбирать доказательства (переоценивать весьма неоднозначные измерения и одновременно игнорировать большие наборы данных), чтобы получить наборы значений, которые значительно отличаются от этих.

Вы можете подумать, что все зависит от скорости расширения. Если вы можете измерить это точно, вы можете просто посчитать и точно определить возраст Вселенной.

Когда узнали возраст Вселенной

Возраст Вселенной — Как возникла и сколько лет существует / pixabay.com

В начале 2000-х годов и с тех пор лучшие данные, которые у нас есть, получены из космических микроволновых антецедентов: сначала от WMAP, затем от планковского излучения, а с 14 июля 2020 года также  от Космологического телескопа Атакама.

Все эти значения сходятся с одинаковой скоростью расширения: 68 км/с с погрешностью всего 1-2%. Когда вы подсчитываете, что это значит для возраста Вселенной, вы получаете очень устойчивые 13,8 миллиарда лет, что полностью соответствует всему, что мы знаем о звездах.

Однако вы, возможно, слышали, и это правильно, что по этому поводу есть разногласия. В то время как команды, использующие космический микроволновый фон, могут получить значение скорости расширения, а команды, измеряющие крупномасштабную структуру Вселенной, могут согласиться, другие методы дают совсем другое значение. Другие методы, вместо того, чтобы начинать с раннего напечатанного знака и измерения того, как он выглядит сегодня, начинаются с близкого и развиваются наружу. Они измеряют расстояния и кажущуюся скорость удаления различных объектов — метод, широко известный как космическая шкала расстояний.

Читай также: Обнаружены свидетельства существования других вселенных

Когда вы смотрите на измерения шкалы расстояний, кажется, что все они дают стабильно более высокие значения: от 72 до 76 км / с / Мпк — в среднем примерно на 9% больше, чем значение, которое вы получаете из космического микроволнового фона.

Тогда вы можете подумать, что кто-то прав, а кто-то нет. Если команда дистанционной лестницы верна, а команда космического микроволнового фона ошибочна, то, возможно, Вселенная на 9% моложе, чем мы думаем — всего на 12,8 миллиарда лет.

Но на практике это не работает. Данные о космическом микроволновом фоне нельзя просто игнорировать; это нужно принимать во внимание. Пики, спады и колебания, которые мы видим в колебаниях температуры, являются отражением всех этих различных параметров вместе взятых. Наилучшие значения подходят для Вселенной, расширяющейся со скоростью 68 км / с / Мпк и с 68% темной энергии, 27% темной материей и 5% нормальной материи, но они могут варьироваться, если все они изменяются вместе.

Хотя это не очень хорошо согласуется с данными, вы можете увеличить скорость расширения, скажем, до 74 км / с / Мпк и при этом добиться очень хорошего соответствия, если вы готовы изменить относительные доли темной материи и темная энергия. С немного меньшим количеством темной материи (20%) и немного большей темной энергией (75%) существенно более высокая скорость расширения может все еще хорошо соответствовать данным, хотя и не так хорошо, как согласованные значения.

Однако самое замечательное в этом то, что производный возраст практически не меняется; Если вы исследуете весь диапазон того, что разрешено, а что нет, эта цифра в 13,8 миллиарда лет приходит только с погрешностью около 1%: от 13,670 до 13,950 миллиона лет.

Это правда, что Вселенная еще предстоит открыть для себя множество загадок. Мы не знаем, насколько быстро расширяется Вселенная, и не знаем, почему разные методы измерения скорости расширения дают такие разные результаты. Мы не знаем, что такое темная материя или темная энергия, и действует ли общая теория относительности, из которой все это выведено, в самом большом космическом масштабе. Мы даже не знаем точно, какая часть Вселенной заключена в какой форме энергии: в ней может быть больше темной материи и меньше темной энергии, чем мы думаем, или наоборот; Неопределенности существенны.

Но мы знаем, что имеющиеся у нас данные соответствуют определенному возрасту Вселенной: 13,8 миллиардов лет, с погрешностью всего 1% относительно этого значения. Оно не может быть на миллиард лет больше или меньше этой цифры, если только большое количество измеренных нами вещей не привело нас к совершенно неверным выводам. Если только космос не лжет нам, или мы сами неосознанно обманываем себя, то, что мы называем Большим взрывом, произошло между 13,670 и 13,950 миллионов лет назад: ни меньше, ни больше.

Как возникла наша Вселенная

Возраст Вселенной — Как возникла и сколько лет существует / pixabay.com

Есть несколько теорий происхождения. 

Самая известная, это Теория большого взрыва. Ее авторы — Александр Фридман, Эдвин Пауэр Хаббл, Жорж Лемэтр и Джордж Энтони Гамов.

Александр Фридман — русский математик первым в 1922 году указал на происхождение Вселенной в результате сильного взрыва.

Эдвин Пауэр Хаббл участвовал в создании гигантского американского телескопа на горе Паломар в Калифорнии, который носит его имя в его честь. Он обнаружил, что Вселенная состоит из галактик разных форм и размеров, которые отделяются друг от друга, тем самым подтвердив в 1930 году, что Вселенная расширяется, и тем самым заложил основу для изучения возраста Вселенной. Его теория расширяющейся Вселенной была дополнена теорией относительности Эйнштейна и стала источником теории Большого взрыва.

Читай также: Взрыв сверхновой мог породить нашу Вселенную

Он провозгласил закон Хаббла, который относится к взаимосвязи между расстояниями и скоростью отступления галактик, что позволяет выполнять вычисления времени.

Жорж Лемэтр — бельгийский астроном, который в 1927 году он составил аналогичную схему расширяющегося космоса. Он считал, что, поскольку Вселенная расширяется, в прошлом должно было быть время, когда она должна была быть очень маленькой и настолько плотной, насколько это возможно, что он назвал Космическим Яйцом.

Джордж Энтони Гамов — американский физик украинского происхождения в1948 году модифицировал теорию первичного ядра Лемэтра, заявив, что Вселенная была создана в результате гигантского взрыва и что различные элементы, которые наблюдаются сегодня, были произведены в течение первых минут после Большого взрыва, когда чрезвычайно высокая температура и плотность Вселенной объединила субатомные частицы в химические элементы.

Теория Большого взрыва предполагает, что между 12 000 и 15 000 миллионов лет назад вся материя, масса Вселенной была сосредоточена в точке на чрезвычайно малой площади сокращенного пространства. то, что называлось первичным ядром, или первичным атомом, или также первичным или основным атомом. Масса, занимавшая это уменьшенное пространство, была такой плотности, что крошечная часть могла весить миллионы тонн, а давление и температура были настолько высокими, что “изначальный атом“ взорвался, и вместе с ним материя разлетелась с огромной энергией во всех направлениях и с большими скоростями, таким образом возникла Вселенная.

Еще одна теория — теория инфляционизма американского физика Харви Алана Гута, который пытался объяснить первые моменты существования Вселенной после Большого взрыва.

Согласно этой теории, предположительно ничего не существовало до того момента, когда наша Вселенная имела размер точки с бесконечной плотностью, известной как сингулярность пространства-времени, в которой были сосредоточены вся материя и энергия, давление и температура которой были настолько высокими, что это вызвало сильный взрыв, и первым импульсом стала “инфляционная сила“, уникальная сила, которая была разделена на четыре фундаментальные силы Вселенной: гравитационную, электромагнитную, сильную ядерную и слабую ядерную, за практически ничтожный промежуток времени и что он создал вселенную. Итак, первоначальный взрыв длился практически незаметное время, но был настолько сильным, что, несмотря на притяжение гравитации, замедляющее галактики, Вселенная все еще растет.

Читай также: Астрономы нашли самую старую галактику во Вселенной

С тех пор пространство расширилось, и вместе с ним астрофизические объекты удалялись друг от друга.

Теория пульсирующей Вселенной, предложенная Ричардом Чейзом Толменом, считает, что галактики перестанут удаляться, когда закончится первоначальный импульс Большого взрыва, тогда появится “гравитационный тормоз“, который заставит Вселенную снова сжиматься. Это то, что галактики сформируют единую массу очень высокой плотности, которая снова взорвется, и начнется новая фаза взрыва-расширения-концентрации.

Согласно этой теории, она говорит нам, что Вселенная расширяется и сжимается циклами в миллиарды лет.

Теория устойчивого состояния или непрерывного творения зародилась в начале XX века и была разработана Германом Бондом, Томасом Голдом и Фредом Хойлом, являясь альтернативой теории большого взрыва, которая опровергает тезис о развитой Вселенной при предположении, что Вселенная не имеет начала или конца, поскольку межзвездная материя существовала всегда, и у нее нет начала или конца, у нее нет начала, потому что она не началась с сильного взрыва. Согласно этой теории предполагается, что у вселенной нет ни начала, ни конца, Вселенная не была ни создана, ни разрушена, Вселенная существовала всегда, межзвездное вещество существовало всегда.

Таким образом, мы имеем, что эта теория утверждает, что общий вид Вселенной идентичен не только в пространстве, но и во времени, что противоречит тезису о развитой Вселенной, поскольку межзвездная материя существовала всегда.

Наконец, вышеупомянутые теории пытаются объяснить происхождение Вселенной посредством наблюдений, исследования космоса и разработки моделей расширения, но в них нет места, чтобы сказать, что Вселенная была создана каким-то сверхъестественным существом.

Сколько лет нашей Земле

Возраст Вселенной — Как возникла и сколько лет существует / pixabay.com

На этот вопрос нелегко ответить, и на протяжении всей истории было проведено множество исследований, чтобы выяснить это. По оценкам современных геофизиков и геологов, планета, на которой мы живем, существовала 4 млрд 543,9 миллиона лет.

Первым ученым, которому удалось с большой точностью измерить возраст Земли, был Клер Кэмерон Паттерсон, американский геохимик. Расчет  был основан на возрасте некоторых метеоритов, исходя из теории, согласно которой они должны иметь возраст, аналогичный возрасту Земли. Таким образом, с помощью масс-спектрографа он установил, что нашей планете 4,54 миллиарда лет с погрешностью ± 70 миллионов лет.

Позже Джон Радж, используя новые методы измерения, оценил возраст Земли 4,47 миллиарда лет с меньшей погрешностью ± 1%. Это исследование было опубликовано в 2010 году и вызвало большой резонанс в научном сообществе.

Напомним, ранее сообщалось, что найден самый старый материал на Земле.

Хотите знать важные и актуальные новости раньше всех? Подписывайтесь на Bigmir)net в Facebook и Telegram.

• Теги:
• космос
• астрономия
• вселенная

Откуда мы знаем возраст Вселенной?

Если вы не занимаетесь астрономией на уверенном уровне, вы наверняка хоть раз задавались вопросом: сколько существует независимых способов измерения возраста Вселенной? Ученые рады были бы сказать, что есть множество линий доказательств, которые указывают на возраст Вселенной в 13,8 миллиарда лет, подобно тому, как есть множество независимых указателей в пользу существования темной материи. Но на самом деле, есть только два хороших свидетельства, и одно лучше другого.

«Хороший» способ узнать возраст Вселенной — изучить тот факт, что она расширяется и остывает, и признать, что в прошлом она была горячее и плотнее. Если мы вернемся в древнейшие времена, мы выясним, что объем Вселенной был меньше, и не только материя была сбита плотнее, но и длины волн отдельных фотонов (частиц света) были короче, поскольку расширение Вселенной растянуло их до нынешней длины.

Поскольку длина волны фотона определяет его энергию и температуру, чем короче длина волны фотона, тем выше его энергия и температура. По мере того как мы будем возвращаться все дальше и дальше во времени, температура будет расти все выше и выше, пока в какой-то момент мы не достигнем самых первых стадий Большого Взрыва.

Это важно, запомним: есть «ранняя стадия» горячего Большого Взрыва.

Если бы у нас была возможность протягивать щуп «бесконечно» в обратном направлении, мы бы достигли сингулярности, в которой известная нам физика не работала бы. В нашем современном понимании самой ранней Вселенной известно, что инфляционному состоянию предшествовал горячий и плотный Большой Взрыв, а инфляционное состояние длилось неопределенное время.

Поэтому когда мы говорим о «возрасте Вселенной», мы говорим о том, сколько времени прошло с тех пор, как Вселенную можно было впервые описать как Большой Взрыв, и до сегодняшнего дня.

Согласно законам общей теории относительности, если у вас будет Вселенная вроде нашей, которая:

• а) с однородной плотностью на крупнейших масштабах;
• б) имеет одни и те же законы и общие свойства во всех местах;
• в) одинакова во всех направлениях и
• г) в которой Большой Взрыв произошел во всех местах одновременно и всюду, то

есть уникальная связь между возрастом Вселенной и ее расширением в процессе творения ее истории.

Другими словами, если бы мы могли измерить расширение Вселенной сегодня и то, как она расширилась за всю свою историю, мы бы точно узнали, какие различные компоненты ее составляют. Мы узнали это из ряда наблюдений, включая:

1. Прямые измерения яркости и расстояния до объектов во Вселенной вроде звезд, галактик и сверхновых, которые позволили нам выстроить линейку космических расстояний.
2. Измерения крупномасштабной структуры, кластеризации галактик и барионных акустических колебаний.
3. Колебания в микроволновом космическом фоне, такой себе «снимок» Вселенной, когда ей было всего 380 000 лет.

Вы собираете все это воедино и получаете Вселенную, которая сегодня состоит на 68% из темной энергии, на 27% из темной материи, на 4,9% из обычной материи, на 0,1% из нейтрино, на 0,01% из излучения, ну и всякого «по мелочи».

Затем вы смотрите на расширение Вселенной сегодня и экстраполируете его обратно во времени, собирая воедино историю расширения Вселенной, а значит и ее возраст.

Мы получаем цифру — наиболее точно от Планка, однако дополненную другими источниками вроде измерений сверхновых, ключевого проекта HST и Sloan Digital Sky Survey — возраста Вселенной, 13,81 миллиарда лет, плюс-минус 120 миллионов лет. Мы уверены в возрасте Вселенной с 99,1-процентной вероятностью, и это весьма круто.

У нас есть целый ряд различных наборов данных, которые указывают на такой вывод, но они, на деле, получены с помощью одного метода. Нам просто повезло, что есть согласованная картина, все точки которой указывают в одном направлении, но в действительности невозможно точно назвать возраст Вселенной. Все эти точки предлагают разные вероятности, и где-то на пересечении рождается наше мнение относительно возраста нашего мира.

Если бы Вселенная обладала теми же свойствами, но состояла на 100% из обычной материи (то есть без темной материи или темной энергии), нашей Вселенной было бы всего 10 миллиардов лет. Если бы Вселенная состояла из обычной материи на 5% (без темной материи и темной энергии), а постоянная Хаббла составляла бы 50 км/с/Мпк, а не 70 км/с/Мпк, нашей Вселенной было бы 16 миллиардов лет. С комбинацией всего этого, мы почти наверняка можем сказать, что возраст Вселенной — 13,81 миллиарда лет. Выяснить эту цифру — огромный подвиг для науки.

Этот метод выяснения по праву лучший. Он главный, уверенный, наиболее полный и проверен множеством разных улик, указывающих на него. Но есть и другой метод, и он весьма полезен для проверки наших результатов.

Он сводится к тому, что мы знаем, как живут звезды, как они сжигают свое топливо и умирают. В частности, мы знаем, что все звезды, пока живут и прожигают основное топливо (синтезируя гелий из водорода), обладает определенной яркостью и цветом, и остаются при этих специфических показателях конкретный отрезок времени: пока в ядрах не заканчивается топливо.

В этот момент яркие, синие и массивные звезды начинают эволюционировать в гиганты или сверхгиганты.

Глядя на эти точки в скоплении звезд, которые образовались в одно время, мы можем выяснить — если, конечно, знаем принцип работы звезд — возраст звезд в кластере. Глядя на старые шаровые скопления, мы выясняем, что эти звезды чаще всего пришли к жизни примерно 13,2 миллиарда лет назад. (Впрочем, есть небольшие разбегания в миллиард лет).

Возраст в 12 миллиардов лет довольно распространен, но возраст в 14 миллиардов лет и больше — это что-то странное, хотя был период в 90-х, когда возраст в 14-16 миллиардов лет упоминался довольно часто. (Улучшенное понимание звезд и их эволюции существенно занизили эти цифры).

Итак, у нас есть два метода — космической истории и измерения локальных звезд, — которые указывают на то, что возраст нашей Вселенной — 13-14 миллиардов лет. Никого не удивит, если возраст уточнится до 13,6 или даже до 14 миллиардов лет, но вряд ли это будет 13 или 15. Если вас будут спрашивать, говорите, что возраст Вселенной 13,8 миллиарда лет, претензий к вам не будет.

Возраст Вселенной | это… Что такое Возраст Вселенной?

Во́зраст Вселе́нной — время, прошедшее с момента появления Вселенной (времени, материи, звезд, планет и т.  п.). Согласно современным научным данным Вселенная появилась около 13,75 ± 0,11 млрд лет назад^[1].

Современная наука

Современная оценка возраста Вселенной построена на основе одной из распространённых моделей Вселенной, так называемой стандартной космологической ΛCDM-модели. Так как уже в специальной теории относительности время зависит от движения наблюдателя, а в общей теории относительности — ещё и от его положения, то нужно уточнить, что понимается в таком случае под возрастом Вселенной. В современном представлении возраст Вселенной — это максимальное время, которое измерили бы часы с момента Большого взрыва до настоящего времени, попади они сейчас нам в руки. Эта оценка возраста Вселенной, как и другие космологические оценки, исходит из космологических моделей на основе определения постоянной Хаббла и других наблюдаемых параметров Метагалактики.

Некосмологическими методами возраст Вселенной можно определить по крайней мере тремя способами^[2]:

• Возраст элементов — возраст химических элементов можно оценить, используя явление радиоактивного распада с тем, чтобы определить возраст определённой смеси изотопов.
• Возраст скоплений — возраст самых старых шаровых скоплений звёзд можно оценить, используя кривую в координатах светимость-температура для звёзд крупных шаровых скоплений. Этим методом было показано, что возраст Вселенной больше, чем 12,07 млрд лет, с 95%-й доверительной вероятностью.
• Возраст звёзд — возраст старейших звёзд белых карликов можно оценить, используя измерения яркости белых карликов. Более старые белые карлики будут более холодными и потому менее яркими. Обнаруживая слабые белые карлики, можно оценить продолжительность времени, в течение которого данный белый карлик охлаждался. Oswalt, Smith, Wood и Hintzen (1996, Nature, 382, 692) проделали это и получили возраст 9,5+1,1−0,8 млрд лет для звёзд основного диска Млечного пути. Они оценили возраст Вселенной по крайней мере на 2 млрд лет старше возраста диска, то есть больше 11,5 млрд лет.

Примечательно, что все эти оценки возраста Вселенной согласуются между собой. Также они все требуют ускоренного расширения Вселенной, иначе космологический возраст оказывается слишком малым.

Основные этапы развития Вселенной

Большое значение для определения возраста Вселенной имеет периодизация основных протекавших во Вселенной процессов. В настоящее время принята следующая периодизация^[3]:

• Самая ранняя эпоха, о которой существуют какие-либо теоретические предположения, это планковское время (10⁻⁴³с после Большого взрыва). В это время гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий. По современным представлениям, эта эпоха квантовой космологии продолжалась до времени порядка 10⁻¹¹ с после Большого взрыва.
• Следующая эпоха характеризуется рождением первоначальных частиц кварков и разделением видов взаимодействий. Эта эпоха продолжалась до времён порядка 10⁻² с после Большого взрыва. В настоящее время уже существуют возможности достаточно подробного физического описания процессов этого периода.
• Современная эпоха стандартной космологии началась через 0,01 секунды после Большого взрыва и продолжается до сих пор. В этот период образовались ядра первичных элементов, возникли звёзды, Галактики, Солнечная система.

Важной вехой в истории развития Вселенной в эту эпоху считается эра рекомбинации, когда материя расширяющейся Вселенной стала прозрачной для излучения. По современным представлениям это произошло через 380 тыс. лет после Большого взрыва. В настоящее время это излучение мы можем наблюдать в виде реликтового фона, что является важнейшим экспериментальным подтверждением существующих моделей Вселенной.

См. также

• WMAP

Примечания

1. ↑ Результаты миссии WMAP (англ.)
2. ↑ Возраст Вселенной
3. ↑ http://cosmo. labrate.ru/cambrige/bb_history.html

Ссылки

• WMAP Recommended Parameter Values

WMAP- Age of the Universe

До недавнего времени астрономы считали, что Большой Взрыв произошел между 12 и 14
миллиард лет назад. Чтобы представить это в перспективе, Солнечная система считается 4,5
миллиард лет, а люди существуют как род всего несколько миллионов лет.
Астрономы оценивают возраст Вселенной двумя способами: 1) ища самую старую
звезды; и 2) путем измерения скорости расширения
Вселенная и экстраполяция назад к Большому Взрыву; точно так же, как детективы могут проследить
происхождение пули из отверстия в стене.

Старее самых старых звезд?

Астрономы могут установить нижний предел возраста Вселенной, изучая шаровидные
кластеры. Шаровые скопления представляют собой плотное скопление примерно из миллиона звезд. Звездный
плотности вблизи центра шарового скопления огромны. Если бы мы жили недалеко от
центр одного, было бы несколько сотен тысяч звезд ближе к нам, чем Проксима
Центавра, ближайшая к Солнцу звезда.

Текстовая ссылка на
Пресс-релиз HST с описанием этого изображения

Жизненный цикл звезды зависит от ее массы. Высокая
Массовые звезды намного ярче, чем маломассивные звезды, поэтому они быстро прогорают.
поставка водородного топлива. У такой звезды, как Солнце, в ядре достаточно топлива, чтобы сгореть
текущая яркость в течение примерно 9 миллиардов лет. Звезда вдвое массивнее
Солнце сожжет все запасы топлива всего за 800 миллионов лет. Звезда массой 10 солнечных,
звезда, которая в 10 раз массивнее Солнца, горит почти в тысячу раз ярче
и имеет запас топлива только на 20 миллионов лет. И наоборот, звезда вдвое меньше массивной
Солнце горит достаточно медленно, чтобы его топлива хватило более чем на 20 миллиардов лет.

Все звезды шарового скопления образовались примерно в одно и то же время, поэтому они могут
служат космическими часами. Если шаровому скоплению более 20 миллионов лет, то все
его горящие водородом звезды будут менее массивны, чем 10 масс Солнца. Это означает, что
ни одна отдельная звезда, горящая водородом, не будет более чем в 1000 раз ярче Солнца. Если
шаровому скоплению более 2 миллиардов лет, то не будет
Звезда, горящая водородом, массивнее 2 масс Солнца.

Самые старые шаровые скопления содержат только звезды с массой менее 0,7 массы Солнца.
Эти маломассивные звезды намного тусклее Солнца. Это наблюдение говорит о том, что
старейшим шаровым скоплениям от 11 до 18 миллиардов лет. Неуверенность в этом
оценка связана с трудностью определения точного расстояния до шарового скопления
(отсюда неопределенность яркости (и массы) звезд скопления). Другая
Источник неопределенности в этой оценке заключается в нашем незнании некоторых более мелких деталей.
звездной эволюции. Предположительно, сама Вселенная по крайней мере так же стара, как самая старая
шаровые скопления, которые находятся в нем.

Экстраполяция назад к Большому Взрыву

Альтернативный подход к оценке возраста Вселенной заключается в измерении
Постоянная Хаббла. Постоянная Хаббла является мерой текущей скорости расширения Вселенной. Космологи используют это
измерения, чтобы экстраполировать обратно к Большому Взрыву. Этот
экстраполяция зависит от истории скорости расширения, которая, в свою очередь, зависит от
плотности тока Вселенной и от состава
Вселенная.

Если Вселенная плоская и состоит в основном из материи,
тогда возраст вселенной

2/(3 H _o )

где H _o — значение постоянной Хаббла.

Если во Вселенной очень низкая плотность материи, то ее экстраполированный возраст равен
больше:

1/H _o

Если Вселенная содержит форму материи, подобную космологической постоянной, то предполагаемый возраст может быть даже
больше.

Многие астрономы усердно работают над измерением постоянной Хаббла, используя различные
разные техники. До недавнего времени наилучшие оценки варьировались от 65 км/с/мегапарсек до
до 80 км/сек/мегапарсек, при этом наилучшее значение составляет около 72 км/сек/мегапарсек. В большем
привычные единицы, астрономы считают, что 1/H _или находится между 12 и 14 миллиардами
годы.

Возрастной кризис?

Если мы сравним два определения возраста, налицо потенциальный кризис. Если вселенная
плоская, и в ней преобладает обычная или темная материя, предполагаемый возраст Вселенной
от постоянной Хаббла будет около 9 миллиардов лет. Возраст Вселенной будет
короче возраста самых старых звезд. Это противоречие означает, что либо 1) наше
измерение постоянной Хаббла неверно, 2) теория Большого взрыва неверна или 3)
что нам нужна форма материи, подобная космологической постоянной, которая предполагает более древний возраст для
учитывая наблюдаемую скорость расширения.

Некоторые астрономы считают, что этот кризис пройдет, как только измерения улучшатся. Если
правы астрономы, измерившие меньшие значения постоянной Хаббла,
и если меньшие оценки возраста шаровых скоплений также верны, то все в порядке.
для теории Большого взрыва, даже без космологической постоянной.

WMAP может измерить возраст Вселенной

Измерения со спутника WMAP могут помочь определить возраст Вселенной. Детальная структура флуктуаций космического микроволнового фона зависит от
плотность тока Вселенной, состав
Вселенная и скорость ее расширения. По состоянию на 2013 год WMAP
определить эти параметры с точностью
лучше 1,5%. В свою очередь, зная состав с такой точностью, мы можем оценить возраст Вселенной примерно с точностью до 0,4 %: 13,77 ± 0,059миллиард лет!

Как данные WMAP позволяют нам определить возраст Вселенной в 13,77 миллиарда лет с погрешностью всего 0,4%? Ключом к этому является то, что, зная состав материи и плотность энергии во Вселенной, мы можем использовать общую теорию относительности Эйнштейна, чтобы вычислить, насколько быстро Вселенная расширялась в прошлом. Обладая этой информацией, мы можем повернуть время вспять и определить, когда, по словам Эйнштейна, Вселенная имела «нулевой» размер. Время между тем и сейчас – это возраст Вселенной. Следует иметь в виду одно предостережение, которое влияет на достоверность определения возраста: мы предполагаем, что Вселенная плоская, что хорошо подтверждается WMAP и другими данными. Если мы ослабим это предположение в пределах допустимого диапазона, неопределенность немного увеличится. Инфляция естественным образом предсказывает почти плоскую Вселенную.

Возраст расширения, измеренный WMAP, больше, чем у самых старых шаровых скоплений, поэтому
Теория Большого Взрыва прошла важную проверку с использованием данных независимо от типа, собранных WMAP. Если
возраст расширения, измеренный WMAP, был меньше, чем у самых старых шаровых скоплений, тогда
либо в теории Большого взрыва, либо в
теория звездной эволюции. В любом случае, астрономы
пришлось бы переосмыслить многие из своих заветных идей. Но наша текущая оценка
возраст хорошо согласуется с тем, что мы знаем из других видов измерений.

Сколько лет Вселенной?

Карта фонового излучения, оставшегося после Большого взрыва, сделанная в 2013 году космическим кораблем ЕКА «Планк», запечатлела самый старый свет во Вселенной. Эта информация помогает астрономам определить возраст Вселенной.
(Изображение предоставлено ESA и Planck Collaboration.)

Возраст может быть просто числом, но когда дело доходит до возраста Вселенной, это довольно важный показатель. Согласно исследованиям, Вселенной примерно 13,8 миллиарда лет. Как ученые определили, сколько свечей поставить на торт ко дню рождения Вселенной? Они могут определить возраст Вселенной, используя два разных метода: изучая самые старые объекты во Вселенной и измеряя, насколько быстро она расширяется.

Связанный: Что такое Теория большого взрыва?

Возрастные ограничения

Вселенная не может быть моложе содержащихся в ней объектов. Определяя возраст самых старых звезд, ученые могут установить предел возраста.

Жизненный цикл звезды зависит от ее массы. Более массивные звезды сгорают быстрее, чем их собратья с меньшей массой. Звезда в 10 раз массивнее Солнца сожжет свое топливо за 20 миллионов лет, а звезда с массой в половину солнечной просуществует более 20 миллиардов лет. Масса также влияет на яркость или светимость звезды; более массивные звезды ярче. [См.: Самые яркие звезды: светимость и величина]

Известные как звезды населения III, первые звезды были массивными и недолговечными. Они содержали только водород и гелий, но в результате синтеза стали создаваться элементы, которые помогут построить следующее поколение звезд. Ученые десятилетиями охотились за следами первых звезд.

«Эти звезды были теми, кто сформировал первые тяжелые атомы, которые в конечном итоге позволили нам быть здесь», — сказал в своем заявлении Дэвид Собрал, астроном из Лиссабонского университета в Португалии. Собрал был частью команды, которая идентифицировала яркую галактику со свидетельствами звезд Населения III.

«Обнаружение пыли в ранней Вселенной дает новую информацию о том, когда взорвались первые сверхновые звезды и, следовательно, о времени, когда первые горячие звезды залили светом Вселенную», — говорится в заявлении представителей ESO. «Определение времени этого «космического рассвета» является одним из священных граалей современной астрономии, и его можно косвенно исследовать посредством изучения ранней межзвездной пыли».

Ранние звезды — не единственный способ ограничить возраст Вселенной. Плотные скопления звезд, известные как шаровые скопления, имеют схожие характеристики. В самых старых известных шаровых скоплениях есть звезды, возраст которых составляет от 11 до 14 миллиардов лет. Широкий диапазон возникает из-за проблем с определением расстояний до скоплений, что влияет на оценки яркости и, следовательно, массы. Если скопление находится дальше, чем измеряют ученые, звезды будут ярче, а значит, более массивными и, следовательно, моложе, чем рассчитано.

«Точно так же, как археологи используют окаменелости для реконструкции истории Земли, астрономы используют шаровые скопления для реконструкции истории галактики», — сказала Андреа Кундер Space.com. «В Галактике Млечный Путь известно всего около 150 шаровых скоплений, поэтому каждое из этих шаровых скоплений является важным индикатором галактического гало и формирования Галактики Млечный Путь».

Неопределенность по-прежнему ограничивает возраст Вселенной; ему должно быть не менее 11 миллиардов лет. Можно старше, но не моложе.

Расширение вселенной

Вселенная, в которой мы живем, не плоская и неизменная, а постоянно расширяющаяся. Если скорость расширения известна, ученые могут работать в обратном направлении, чтобы определить возраст Вселенной, так же, как полицейские могут распутать начальные условия, которые привели к дорожно-транспортному происшествию. Таким образом, ключевым моментом является определение скорости расширения Вселенной — числа, известного как постоянная Хаббла.

Значение этой константы определяется рядом факторов. Первый — это тип материи, которая доминирует во Вселенной. Ученые должны определить долю обычной и темной материи в темной энергии. Плотность тоже играет роль. Вселенная с низкой плотностью материи старше, чем вселенная с преобладанием материи.

Чтобы определить плотность и состав Вселенной, ученые полагаются на такие миссии, как микроволновый зонд анизотропии Уилкинсона НАСА (WMAP) и космический корабль Планк Европейского космического агентства. Измеряя тепловое излучение, оставшееся после Большого взрыва, подобные миссии могут определять плотность, состав и скорость расширения Вселенной. Оставшееся излучение известно как космический микроволновый фон, и и WMAP, и Planck нанесли его на карту. [ИНФОГРАФИКА: Космический микроволновый фон: объяснение реликвии Большого взрыва]

В 2012 году WMAP оценил возраст Вселенной в 13,772 миллиарда лет с погрешностью в 59 миллионов лет. В 2013 году Планк измерил возраст Вселенной в 13,82 миллиарда лет. Оба они попадают в нижний предел в 11 миллиардов лет, независимо полученный из шаровых скоплений, и оба имеют меньшую неопределенность, чем это число.

Космический телескоп НАСА «Спитцер» также способствовал уточнению возраста Вселенной за счет уменьшения неопределенности постоянной Хаббла. В сочетании с измерениями WMAP ученые смогли провести независимые расчеты притяжения темной энергии.

«Чуть более десяти лет назад использование слов «точность» и «космология» в одном предложении было невозможно, а размер и возраст Вселенной были известны не более чем в два раза», — Венди Фридман из Обсерватории Института науки Карнеги в Пасадене, Калифорния, говорится в заявлении. Фридман руководил исследованием, в котором использовалась программа Spitzer для уточнения постоянной Хаббла. «Теперь мы говорим о точности в несколько процентов. Это совершенно необычно».

Примечание редактора: Эта статья была обновлена ​​8 января 2019 г. с учетом исправления. В оригинальной статье говорилось, что возраст самых старых звезд оценивается в 18 миллиардов лет.

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Нола Тейлор Тиллман — автор статей для Space.com. Она любит все, что связано с космосом и астрономией, и наслаждается возможностью узнать больше. Она имеет степень бакалавра английского языка и астрофизики в колледже Агнес Скотт и проходила стажировку в журнале Sky & Telescope. В свободное время она обучает своих четверых детей дома. Подпишитесь на нее в Твиттере @NolaTRedd

Представь Вселенную!

До 1999 года астрономы оценивали возраст Вселенной от 7 до 20 миллиардов лет. Но благодаря достижениям в области технологий и разработке новых методов мы теперь знаем, что возраст Вселенной составляет 13,7 миллиарда лет с погрешностью всего в 200 миллионов лет. Как это произошло?

Ранние оценки возраста Вселенной

В 1920-х годах Эдвин Хаббл открыл расширение Вселенной. Он обнаружил, что галактики, находящиеся дальше, движутся с большей скоростью по закону v=Hod, где v — скорость в км/с, d — расстояние в Мпк, а Ho — постоянная Хаббла в км/с/с. Мпк Независимо измеряя скорость и расстояния до галактик, можно было определить значение Но. Астрономы также определили, что возраст Вселенной связан с постоянной Хаббла и находится между 1/Ho и 2/3Ho в зависимости от принятых космологических моделей. Скорость можно было определить по красному смещению в спектре. Расстояние до галактики можно определить по наблюдениям за некоторыми типами пульсирующих звезд, называемых цефеидами, собственный блеск которых связан с периодом изменения их блеска. Однако точности измерения расстояния мешало то, насколько слабо могли видеть наземные телескопы. До 19В 90-х годах наилучшие оценки для Ho составляли от 50 км/с/Мпк до 90 км/с/Мпк, что дает диапазон возраста Вселенной от 7 до 20 миллиардов лет.

Вход в космический телескоп Хаббла

Итак, в 1993 году орбитальный космический телескоп Хаббл начал «ключевой проект» по определению расстояний до цефеид в 18 галактиках. Астрономы впервые смогли получить более точные расстояния и более точное значение Но. В 1999 г. после нескольких лет наблюдений с помощью HST астрономы смогли оценить скорость Ho как 71 км/с/Мпк с погрешностью 10%, что является одним из величайших достижений современной астрономии. Экстраполируя обратно к Большому взрыву, это значение Хо подразумевало возраст между 9и 14 миллиардов лет.

Изображение галактики NGC 4603, полученное космическим телескопом Хаббл в 1996 и 1997 годах. Астрономы использовали почти 50 переменных цефеид в этой галактике, чтобы определить расстояние до нее, равное 108 миллионам световых лет. Это была самая далекая галактика, использованная в ключевом проекте HST для определения значения постоянной Хаббла.
(Источник: Джеффри Ньюман (Калифорнийский университет в Беркли) и НАСА)

Новый подход с использованием WMAP

В феврале 2003 г. проект WMAP выпустил карту излучения всего неба, испускаемого до появления звезд. Это космическое микроволновое фоновое излучение (CMB) является остаточным теплом Большого взрыва и было предсказано еще в 1946 Джорджа Гамова и Роберта Дике. С тех пор астрономы пытались обнаружить и интерпретировать реликтовое излучение. Первое обнаружение реликтового излучения было обнаружено в 1965 году случайно Арно Пензиасом и Робертом Вудро Вильсоном с помощью радиометра, предназначенного для обнаружения астрономических радиосигналов. Они обнаружили превышение в своих измерениях, которое позже было интерпретировано как реликтовое излучение, тепловой спектр излучения черного тела с температурой 2,725 Кельвина, заполняющего Вселенную. В 1992 году спутник Cosmic Background Explorer (COBE), который был разработан для картирования реликтового излучения, впервые показал крупномасштабные колебания реликтового излучения. Эти флуктуации были интерпретированы как свидетельство того, что позже образовались скопления галактик и войдов. Однако только WMAP обладал разрешением и чувствительностью, позволяющими обнаруживать крошечные флуктуации и с высокой точностью ограничивать возраст Вселенной. Результаты команды WMAP основаны на базовой модели, используемой для сопоставления их данных. Эта модель предполагает, что 70 % энергии современной Вселенной находится в форме темной энергии, 26 % энергии находится в форме холодной (не термализованной) темной материи, а оставшиеся 4 % энергии находятся в атомы и фотоны. По их оценкам, Вселенной 13,7 миллиарда лет с неопределенностью в 200 миллионов лет. Значение WMAP H _o составляет 71 ± 4 км/с/Мпк, что согласуется с ключевым проектом HST.

Астрономы определяют свойства Вселенной, сопоставляя данные WMAP с моделями. Значения времени появления первых звезд, количества темной материи, возраста Вселенной и т. д. корректируются в модели до тех пор, пока результирующий фон не будет соответствовать наблюдениям WMAP. Модель, которая лучше всего соответствует данным, дает возраст Вселенной 13,7 ± 0,2 миллиарда лет.

Другой подход

Еще один способ узнать возраст Вселенной — датировать звезды. Некоторые из самых старых звезд живут внутри шаровых скоплений, и их возраст был тщательно оценен в последнее десятилетие. Некоторое время астрономы были озадачены тем фактом, что эти звезды, казалось, были на несколько миллиардов лет старше, чем возраст Вселенной, оцененный по постоянной Хаббла. Проблема в Хо или в возрасте кластера? Оказалось, что датирование возраста звезд шаровых скоплений очень сложно, и неточные расстояния до скоплений, а также оговорки в звездной эволюции могут решить эту загадку. Возраст скоплений пропорционален единице светимости звезд типа RR Лиры, которые используются для определения расстояний до шаровых скоплений. Поэтому нужны были точные расстояния, которые можно было получить только после запуска европейского спутника Hipparcos в середине 9-го века.0 с. Используя новые оценки расстояний, возраст скоплений снизился с 15 миллиардов лет до 11,5 миллиардов лет с неопределенностью около 1 миллиарда лет. Эти результаты согласуются с возрастом Вселенной как по постоянной Хаббла, так и по WMAP.

Статьи к 10-летию

• Гамма-всплески
• Эпоха Вселенной
• Магнитары
• Внесолнечные планеты
• Темная энергия

Дополнительные звенья

• Спутниковая витрина: WMAP
• Архив новостей: Возраст Вселенной

В рамках цикла мы также опубликовали ряд ретроспектив на тему «Представь Вселенную!».

• Наше начало
• Наши основатели и наша команда
• Наши компакт-диски
• Наши плакаты и руководства для учителей

Дата публикации: май 2006 г.

Сколько лет Вселенной?

Если бы вы могли вычислить возраст всех людей, когда-либо живших на Земле, он даже близко не приблизился бы к возрасту Вселенной. Одна из самых обсуждаемых тем в астрономии — сколько лет Вселенной, и каждый раз, когда мы, кажется, приближаемся к оценочному числу, появляется какое-то новое открытие, которое сметает все на нет.

Но сколько лет Вселенной? Или хотя бы вообще? Многие считают, что возраст нашей Вселенной составляет 13,8 миллиарда лет. Кто-то считает, что он еще старше, а кто-то моложе.

Однако большинство астрономов согласны с тем, что нашей Вселенной не менее 13,8 миллиардов лет. Но не ожидайте, что это число продлится долго, так как нам еще многое предстоит узнать.

Откуда они знают, что Вселенной 13,8 миллиарда лет?

Нет, по крайней мере, это просто временный номер. Астрономы рассчитывают возраст Вселенной разными способами. Один из самых популярных способов вычислить возраст нашей Вселенной — найти самые древние звезды или галактики, может быть, даже планеты.

Например, самой древней из когда-либо обнаруженных планет является Мафусаил, которому около 14,5 миллиардов лет, плюс-минус 800 миллионов лет. Это парадокс, поскольку она была бы старше нашей Вселенной. Его звезда явно даже старше этой планеты, так как сначала образуются звезды, а планеты позже.

Одной из старейших когда-либо обнаруженных галактик является GN-z11, которая находится на расстоянии 32 миллиардов световых лет от нас, и ее возраст оценивается как минимум в 13,4 миллиарда лет.

Предполагается, что он образовался вскоре после Большого Взрыва. Астрономы рассчитывают возраст Вселенной, анализируя расстояния и лучевые скорости других галактик. При этом также учитывается космический микроволновый фон, поскольку он является реликтом радиации, оставшейся после Большого взрыва.

Все рассчитывается на основе перемотки событий назад к Большому Взрыву. Однако одно можно сказать наверняка; в отношении нашей Вселенной нет ничего определенного. Вы поймете, что я имею в виду, если будете читать дальше.

Может ли Вселенная быть старше 14 миллиардов лет?

Вселенная вполне может быть старше 14 миллиардов лет, и мы должны перестать ограничивать ее каждый раз, когда открывается что-то новое. Возьмем, к примеру, Великую стену Hercules-Corona Borealis.

Это одна из крупнейших структур, обнаруженных в нашей Вселенной. Его длина составляет более 10 миллиардов световых лет, и он расположен на расстоянии более 9миллиардов световых лет от нас.

Диаметр наблюдаемой Вселенной составляет 93 миллиарда световых лет. Существование Великой китайской стены Геркулес-Корона Бореалис, ее размеры довольно спорны.

Это потому, что она слишком велика, чтобы сформироваться за то время, пока ее свет достиг нас, и вполне может однажды доказать, что Вселенная даже старше, чем мы думаем.

Это большое сооружение еще долгое время будет оставаться загадкой для ученых. Некоторые даже сомневаются в его существовании из-за его парадоксальности.

Однако, даже если исключить существование Великой стены, многие ученые сходятся во мнении, что наша Вселенная должна иметь максимальный возраст 14,5 миллиардов лет. Это предел, наложенный на возраст Вселенной, но это еще предстоит выяснить.

Что старше Вселенной?

Теоретически звезда HD 140283, или звезда Мафусаил, кажется старше нашей Вселенной, но это невозможно. Это либо ошибка исчисления, либо ошибка предполагаемого возраста нашей Вселенной.

Как ни посмотри, ничто не должно быть старше нашей Вселенной, за исключением, может быть, чего-то, что произошло до Большого Взрыва. На самом деле мы не знаем, что было до Большого взрыва, но что бы это ни было, мы могли бы, по крайней мере теоретически, считать его немного старше нашей Вселенной.

Большой взрыв, событие, создавшее нашу Вселенную, началось с существования исходной сингулярности, которую можно считать старше нашей Вселенной.

Другая вещь, которая может быть старше нашей Вселенной, это существование другой Вселенной. Если мы когда-нибудь узнаем, что помимо нашей существуют другие Вселенные, они вполне могут быть моложе или старше нашей Вселенной.

Сколько лет Земле по сравнению со Вселенной?

Наша Земля даже не самая старая планета в нашей Солнечной системе, это был бы Юпитер. Возраст Земли оценивается в 4,54 миллиарда лет, поэтому сама Вселенная в среднем примерно в три раза старше нашей Земли, но только если Вселенной действительно 13,8 миллиарда лет.

Наша галактика Млечный Путь может быть лучшим сравнением, поскольку ей 13,51 миллиарда лет. Возраст одной из старейших черных дыр, когда-либо обнаруженных, оценивается в 13,8 миллиарда лет. Он образовался примерно за 690 миллионов лет до Большого взрыва.

Знаете ли вы?

• В начале Вселенная была бесконечно горячей – по оценкам, через несколько минут после ее рождения в ней было около 1 миллиарда градусов Кельвина.
• Вселенная состоит из 4,9% обычной (барионной) материи, 26,8% темной материи и 68,3% темной энергии. Если рассматривать только самые массивные структуры, Вселенная состоит из нитей, пустот, сверхскоплений, групп галактик и скоплений.
• Темная материя и темная энергия теоретически являются невидимой материей. Единственное доказательство их существования заключается в определенных явлениях, которые в основном говорят нам об отсутствии огромных кусков массы. Таким образом, в некотором смысле это оправдывает их вероятное существование.
• Вселенная не только расширяется, но и ускоряет свое расширение. Галактики удаляются друг от друга, но в то же время Космос снова движется/расширяется.
• Многие теоретики предполагают, что наша Вселенная — всего лишь одна из набора отдельных вселенных, которые в совокупности обозначаются как Мультивселенная.
• Поскольку все было создано после Большого Взрыва, мы сделаны из звездного материала.
• Распространено мнение, что мы — Вселенная, созданная для того, чтобы познавать себя. Какой бы ни была истина, в некотором смысле мы и есть Вселенная.
• Слово «вселенная» происходит от латинского слова «universus», которое позже стало «universum», и старого французского слова «univers», что в некотором смысле означает целое.

Источники:

1. Википедия
2. НАСА
3. Космос
4. Научный американец

Источники изображений:

• https://cdn. mos.cms.futurecdn.net/MjcT2kKGEWbcDFHvSZrLsM-1200-80.jpg
• https://beyondexclamation.com/wp-content/uploads/2020/01/how-old-is-the-universe-1.jpg
• https://einsty.com/wp-content/uploads/2017/10/evolution-of-universe.jpg
• https://cdn.techexplorist.com/wp-content/uploads/2020/07/pexels-photo-1252890.jpeg
• https://www.mcgill.ca/oss/files/oss/styles/hd/public/universeballoon-01.jpg?itok=iu6-uCjs&timestamp=1527031553

Вот как астрономы знают возраст Вселенной (и вы тоже можете)

Вся наша космическая история теоретически хорошо изучена, но только потому, что мы понимаем лежащую в ее основе… [+] теорию гравитации, и потому что мы знаем нынешнюю скорость расширения Вселенной и энергетический состав. Свет всегда будет продолжать распространяться через эту расширяющуюся Вселенную, и мы будем продолжать получать этот свет сколь угодно далеко в будущем, но он будет ограничен во времени в той мере, в какой он достигает нас. У нас все еще остаются без ответа вопросы о нашем космическом происхождении, но возраст Вселенной известен.

Николь Рейджер Фуллер / Национальный научный фонд

Концептуально может показаться, что это самая простая из существующих идей определения возраста Вселенной. Как только вы выясните, что Вселенная расширяется, все, что вам нужно сделать, это измерить скорость расширения сегодня и использовать законы физики, чтобы определить, как скорость расширения должна была измениться с течением времени. Вместо того, чтобы экстраполировать вперед, чтобы определить судьбу Вселенной, вы выполняете расчеты в обратном направлении и возвращаетесь назад до тех пор, пока не достигнете условий самого горячего Большого взрыва.

Этот очевидный метод не только работает, но и остается лучшим способом расчета возраста Вселенной даже сегодня. Тем не менее, очень легко ошибиться, так как вы можете сделать множество упрощающих предположений, которые дадут вам простой ответ, который не обязательно будет правильным, включая ошибки, которые даже нобелевские лауреаты сделали ранее в этом году. Вот как вы тоже можете определить возраст Вселенной.

Стандартные свечи (слева) и стандартные линейки (справа) — это два разных метода, которые астрономы используют для измерения… [+] расширения пространства в разное время/на разных расстояниях в прошлом. Основываясь на том, как такие величины, как светимость или угловой размер, изменяются с расстоянием, мы можем сделать вывод об истории расширения Вселенной. Использование метода свечей является частью лестницы расстояний, дающей 73 км/с/Мпк. Использование линейки является частью метода раннего сигнала, дающего 67 км/с/Мпк.

НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех

Первое, с чего нужно начать, — это сама расширяющаяся Вселенная и один параметр, который мы пытались измерить дольше, чем любой другой: постоянная Хаббла. В самых больших масштабах галактики, которые мы находим во Вселенной, подчиняются очень простому соотношению между двумя наблюдаемыми величинами: расстоянием и красным смещением: чем дальше от нас находится объект, тем больше будет его измеренное красное смещение.

Примечательно, что закон, связывающий их, чрезвычайно прост: скорость удаления, которую можно вывести из красного смещения галактики, равна расстоянию до этой галактики, умноженному на постоянную Хаббла. Еще более примечательно то, что эта константа имеет одинаковое значение почти для каждой галактики, которую мы измеряем, особенно для галактик в пределах нескольких миллиардов световых лет от нас. Несмотря на то, что каждой галактике присущи дополнительные космические движения, вызванные гравитационными эффектами, этот закон остается верным, когда вы усредняете все галактики, которые можете найти.

Соотношение красного смещения и расстояния для далеких галактик. Точки, которые не попадают точно на линию… [+], своим небольшим несоответствием обязаны различиям в пекулярных скоростях, которые дают лишь небольшие отклонения от общего наблюдаемого расширения. Исходные данные Эдвина Хаббла, впервые использованные для демонстрации расширения Вселенной, помещаются в маленькую красную рамку в левом нижнем углу.

Роберт Киршнер, PNAS, 101, 1, 8-13 (2004)

Так чем же мы измеряем постоянную Хаббла? Это зависит от того, как вы его измеряете, поскольку:

• Если вы измерите его, используя сигналы, которые были отпечатаны на самых ранних стадиях Большого взрыва, вы получите значение постоянной Хаббла 67 км/с/Мпк с погрешностью 1-2%. ,
• , но если вы измерите его, измерив отдельные источники света, которые не появятся, пока Вселенной не исполнится миллиарды лет, вы получите значение постоянной Хаббла 73 км/с/Мпк с погрешностью всего 2-3 %.

Почему эти два значения не совпадают — и почему они дают такие разные, взаимно несовместимые ответы — это одна из главных загадок современной космологии.

Ряд различных групп, стремящихся измерить скорость расширения Вселенной, наряду с их… [+] результатами, закодированными цветом. Обратите внимание на большое расхождение между ранними (два верхних) и поздними (другие) результатами, при этом планки погрешностей намного больше для каждого из поздних вариантов. Единственное значение, которое подверглось критике, — это значение CCHP, которое было повторно проанализировано и оказалось, что его значение ближе к 72 км / с / Мпк, чем к 69,8.

Л. Верде, Т. Треу и А. Г. Рисс (2019 г.), arXiv:1907.10625

Однако самые проницательные из вас заметят кое-что о самой постоянной Хаббла: она выражается в единицах скорости (км/с) на единицу расстояния (Мпк, где 1 мегапарсек равен примерно 3,26 миллиона световых лет). Если вы посмотрите на галактику, находящуюся на расстоянии 100 Мпк, вы ожидаете, что она будет удаляться в десять раз быстрее, чем галактика, удаленная всего на 10 Мпк, но только в 10 раз быстрее, чем галактика, удаленная на 1000 Мпк. Это простая сила отношения красного смещения к расстоянию.

Но есть и другой способ манипулировать постоянной Хаббла: признать, что скорость (расстояние за время) на единицу расстояния (расстояния) (деленная на) равна единицам обратного времени. Чему может соответствовать физический смысл этого «обратного времени»? Возможно, вы могли бы разумно представить, что это могло бы соответствовать возрасту Вселенной.

Различные возможные судьбы Вселенной, наша фактическая, ускоряющаяся судьба показана справа…. [+] Специфика состава Вселенной влияет на возраст Вселенной, как вы можете видеть, взглянув на ‘начало точка’ встречалась при разных значениях в прошлом для разных космологий, даже при одной и той же скорости расширения сегодня.

НАСА и ЕКА

В одном мегапарсеке приблизительно 3,1 × 10 ¹⁹ километров, а это означает, что если вы превратите постоянную Хаббла в обратное время, вы обнаружите несколько интересных вещей.

• «Время», которому соответствует значение 67 км/с/Мпк, эквивалентно 14,6 миллиардам лет.
• «Время», которому соответствует значение 73 км/с/Мпк, эквивалентно 13,4 млрд лет.

Оба они почти равны принятому возрасту Вселенной, но не совсем. Кроме того, они оба почти равны друг другу, но отличаются примерно на ту же величину, что и две оценки постоянной Хаббла: примерно на 9%.

Однако вы не можете просто изменить возраст Вселенной, изменив постоянную Хаббла, и этому есть тонкая, но важная причина.

Моя фотография у гиперстены Американского астрономического общества в 2017 году вместе с первым… [+] Уравнение Фридмана справа. Первое уравнение Фридмана детализирует квадрат скорости расширения Хаббла в левой части, который управляет эволюцией пространства-времени. Правая часть включает в себя все различные формы материи и энергии, а также пространственную кривизну (в конечном итоге), которая определяет, как Вселенная будет развиваться в будущем. Это уравнение было названо самым важным уравнением во всей космологии, и оно было выведено Фридманом в его современной форме еще в 1919 году.22.

Perimeter Institute / Harley Thronson

Значение постоянной Хаббла сегодня — это не просто обратное значение возраста Вселенной, даже несмотря на то, что единицы работают, чтобы дать вам меру времени. Вместо этого скорость расширения, которую вы измеряете — сегодняшняя постоянная Хаббла — должна уравновешивать общую сумму всех форм энергии, которые вносят вклад в состав Вселенной, включая:

• обычную материю,
• темная материя,
• нейтрино,
• радиация,
• темная энергия,
• пространственная кривизна,
• и все, что вы можете приготовить.

Уравнение, управляющее расширяющейся Вселенной (показано выше), может быть точно решено в некоторых простых случаях.

Масштаб Вселенной по оси Y отложен как функция времени по оси X. … [+] Вселенная состоит из материи (красный), излучения (синий) или энергии, присущей самому пространству (желтый), она уменьшается до размера/масштаба 0 при экстраполяции назад во времени. Возраст Вселенной, умноженный на постоянную Хаббла, будет равен разным значениям для Вселенных, состоящих из разного состава.

E. Siegel

Если ваша Вселенная состоит исключительно из радиации, вы обнаружите, что постоянная Хаббла, умноженная на возраст Вселенной с момента Большого взрыва, ровно равна ½. Если ваша Вселенная состоит исключительно из материи (нормальной и/или темной), вы обнаружите, что постоянная Хаббла, умноженная на возраст Вселенной, точно равна ⅔. И если ваша Вселенная полностью состоит из темной энергии, вы обнаружите, что точного ответа нет; значение постоянной Хаббла, умноженное на возраст Вселенной, всегда продолжает увеличиваться (в сторону бесконечности) с течением времени.

Это означает, что если мы хотим точно рассчитать возраст Вселенной, мы можем это сделать, но одной постоянной Хаббла недостаточно. Кроме того, нам также необходимо знать, из чего состоит Вселенная. Две воображаемые Вселенные с одинаковой скоростью расширения сегодня, но состоящие из разных форм энергии, будут иметь разную историю расширения и, следовательно, разный возраст.

Измерение времени и расстояния (слева от «сегодня») может дать информацию о том, как Вселенная будет развиваться. .. [+] и ускоряться/замедляться далеко в будущем. Мы можем узнать, что ускорение началось около 7,8 миллиардов лет назад с текущими данными, но также узнать, что модели Вселенной без темной энергии имеют либо слишком низкие константы Хаббла, либо возраст, который слишком мал, чтобы соответствовать наблюдениям. Если со временем темная энергия будет развиваться, то усиливаясь, то ослабевая, нам придется пересмотреть нашу нынешнюю картину. Эта взаимосвязь позволяет нам определить, что находится во Вселенной, измеряя историю ее расширения.

Сол Перлмуттер из Беркли

Итак, чтобы выяснить, сколько лет Вселенной на самом деле с момента начала горячего Большого взрыва, все, что нам нужно сделать, это определить скорость расширения Вселенной и то, из чего состоит Вселенная. . Существует множество методов, которые мы можем использовать для этого определения, но есть одна жизненно важная вещь, которую мы должны помнить: многие из имеющихся у нас способов измерения одного параметра (например, скорости расширения) зависят от наших предположений о том, что представляет собой Вселенная. делается из.

Другими словами, мы не можем предположить, что Вселенная состоит из определенного количества материи, определенного количества излучения и определенного количества темной энергии таким образом, который не зависит от самой скорости расширения. Возможно, самый убедительный способ проиллюстрировать это — взглянуть на оставшееся после Большого Взрыва свечение: космический микроволновый фон.

Остаточное свечение Большого Взрыва, реликтовое излучение, неоднородно, но имеет крошечные несовершенства и… [+] колебания температуры в масштабе нескольких сотен микрокельвинов. Хотя это играет большую роль в более поздние времена, после гравитационного роста, важно помнить, что ранняя Вселенная и современная крупномасштабная Вселенная неоднородны только на уровне менее 0,01%. Планк обнаружил и измерил эти флуктуации с большей точностью, чем когда-либо прежде, и может использовать возникающие закономерности флуктуаций, чтобы наложить ограничения на скорость расширения и состав Вселенной.

ЕКА и коллаборация Planck

Это карта колебаний космического микроволнового фона. В целом, каждое направление во Вселенной показывает ту же среднюю температуру, что и любое другое направление: примерно 2,725 К. Когда вы вычитаете это среднее значение, вы получаете закономерность, которую вы видите выше: колебания или отклонения от средней температуры.

Там, где вы видите темно-синие или темно-красные пятна, это регионы с наибольшими колебаниями температуры: примерно на 200 микрокельвинов холоднее (для синего) или горячее (для красного) среднего значения. Эти флуктуации проявляют определенные закономерности в своей величине в различных угловых масштабах, причем флуктуации увеличиваются по величине до определенного углового масштаба примерно в 1 градус, а затем уменьшаются и увеличиваются колебательным образом. Эти колебания сообщают нам важную статистику о Вселенной.

Четыре разные космологии приводят к одним и тем же картинам флуктуаций реликтового излучения, но независимая. .. [+] перекрестная проверка может точно измерить один из этих параметров независимо, нарушая вырождение. Измеряя один параметр независимо (например, H_0), мы можем лучше ограничить то, что Вселенная, в которой мы живем, имеет ее фундаментальные композиционные свойства. Тем не менее, даже несмотря на значительное пространство для маневра, возраст Вселенной не вызывает сомнений.

Мельхиорри, А. и Гриффитс, Л.М., 2001, NewAR, 45, 321

Самое важное понимать, что существует множество возможных комбинаций значений, которые могут соответствовать любому конкретному графику. Например, учитывая наблюдаемые нами флуктуации, мы можем иметь Вселенную с:

• 4% нормальной материи, 21% темной материи, 75% темной энергии и постоянной Хаббла 72,
• 5 % нормальной материи, 30 % темной материи, 65 % темной энергии и постоянная Хаббла 65,
• или 8 % нормальной материи, 47 % темной материи, 49 % темной энергии, -4 % кривизны и постоянной Хаббла, равной 51,9. 0143

Здесь вы заметите закономерность: у вас может быть большая постоянная Хаббла, если у вас меньше материи и больше темной энергии, или меньшая постоянная Хаббла, если у вас больше материи и меньше темной энергии. Что примечательно в этих комбинациях, так это то, что все они приводят к почти одинаковому возрасту Вселенной с момента Большого взрыва.

Есть много возможных способов подогнать данные, которые говорят нам, из чего состоит Вселенная и как… [+] быстро она расширяется, но у всех этих комбинаций есть одна общая черта: все они ведут к Вселенной, которая является того же возраста, поскольку быстро расширяющаяся Вселенная должна иметь больше темной энергии и меньше материи, в то время как более медленно расширяющаяся Вселенная требует меньше темной энергии и большего количества материи.

Planck Collaboration (карты и графики), E. Siegel (аннотации)

Причина, по которой мы можем утверждать, что Вселенной 13,8 миллиардов лет с такой невероятной точностью, обусловлена ​​полным набором данных, которыми мы располагаем. Вселенная, которая расширяется быстрее, должна иметь меньше материи и больше темной энергии, и ее постоянная Хаббла, умноженная на возраст Вселенной, будет иметь большее значение. Более медленно расширяющаяся Вселенная требует больше материи и меньше темной энергии, и ее постоянная Хаббла, умноженная на возраст Вселенной, получает меньшее значение.

Однако, чтобы соответствовать тому, что мы наблюдаем, Вселенная не может быть моложе 13,6 миллиардов лет и не старше 14,0 миллиардов лет с достоверностью более 95%. Есть много свойств Вселенной, которые действительно вызывают сомнения, но ее возраст не входит в их число. Просто убедитесь, что вы принимаете во внимание состав Вселенной, иначе вы получите наивный — и неверный — ответ.

Сколько лет Вселенной?

Астрономы определили, что нашей Вселенной 13,7 миллиарда лет. Как именно они пришли к такому точному выводу? Сколько лет Вселенной? рассказывает невероятную историю о том, как астрономы решили одну из самых захватывающих загадок в науке, и попутно знакомит читателей с фундаментальными концепциями и передовыми достижениями современной астрономии.

Возраст нашей вселенной ставит обманчиво простой вопрос, ответ на который имеет большое значение для науки, религии и философии. Дэвид Вайнтрауб прослеживает многовековые попытки астрономов разгадать тайны ночного неба. Описывая достижения провидцев, чьи открытия в совокупности раскрыли фундаментальную тайну, он показывает, сколько независимых направлений исследований и сколько кропотливо собранных свидетельств, собранных вместе, как кусочки космической головоломки, привели к долгожданному ответу. Астрономы не верят, что Вселенной 13,7 миллиарда лет — они это знают. Вы тоже, после прочтения этой книги. Сосредоточив внимание на одном из самых важных вопросов о Вселенной и попросив читателей понять ответ, Вайнтрауб знакомит читателей с идеями и явлениями, лежащими в основе современной астрономии, в том числе с красными гигантами и белыми карликами, переменными звездами-цефеидами и сверхновыми, скоплениями галактики, гравитационное линзирование, темная материя, темная энергия и ускоряющаяся Вселенная — и многое другое. Предлагая уникальный исторический подход к астрономии, Сколько лет Вселенной? проливает свет на внутреннюю работу научных исследований и показывает, как астрономы решают глубокие вопросы о физической природе нашей вселенной.

Награды и признание

• Почетное упоминание премии PROSE Award 2011 в области космологии и астрономии, Ассоциация американских издателей
• Одно из лучших академических званий 2011 г.

Дэвид А. Вайнтрауб — профессор астрономии в Университете Вандербильта. Он автор Является ли Плутон планетой?: Историческое путешествие по Солнечной системе (Принстон).

«Эта детективная история великолепно изложена. Профессиональный автор-астроном пишет интересно, организованно и легко читается, представляя хронологию поисков ответа на один из самых сложных вопросов в астрономии.» — Выбор

«Вайнтрауб, астроном из Университета Вандербильта, предлагает терпеливую экскурсию по новому богатому данными ландшафту». —David Kaiser, London Review of Books

«Астрономы прекрасно говорят, что Вселенной 13,7 миллиарда лет, но вы должны задаться вопросом, как они это вычислили». Астроном из Университета Вандербильта Вайнтрауб ( Является ли Плутон планетой? ) с энтузиазмом объясняет все это любителям астрономии… Вайнтрауб ведет читателей в извилистое путешествие по истории, объясняя различные подходы к датированию и иллюстрируя решимость астрономов найти ответ на один из самых основные вопросы о нашей Вселенной». — Publishers Weekly

«Вайнтрауб объясняет… откуда мы знаем, что Вселенной 13,7 миллиарда лет, открытие, которое оказало влияние на науку, философию и религию. возраст космоса устанавливается на протяжении столетий — от жизненных циклов и пульсаций звезд до галактических структур и космологии — он раскрывает процесс научных исследований и показывает, как астрономы собирают доказательства для решения глубоких вопросов». — Природа

«Вайнтрауб обладает даром представлять сложные вещи в ясной и понятной форме, используя умные аналогии… Сколько лет Вселенной? — долгожданный вклад в популярную литературу по астрономии. … Он предлагает научно компетентный и впечатляюще информативный отчет о том, как астрономы и физики раскрыли тайны Вселенной». — Хельге Краг, Американский ученый

«Рассказать историю о том, как один фундаментальный научный вопрос развивался за последние 2000 лет человеческой истории, — непростая задача. И все же Дэвид Вайнтрауб блестяще справился с ней… Путешествие Вайнтрауба аккуратно знакомит вас почти со всеми современными астрономическое понимание. Стиль, богатый увлекательными деталями, но остающийся при этом совершенно доступным». — Аластер Ганн, BBC Sky at Night Magazine

«Дэвид А. Вайнтрауб представляет бодрящий, подробный и удивительно свободный от математики взгляд на то, как астрономам удалось выяснить, что Вселенной около 13,7 миллиардов лет. … Стимулирующее сочетание истории и чистой науки, написанное Вайнтраубом, станет отличным введением в тему для бесстрашных читателей любого происхождения». —Charlene Brusso, New York Journal of Books

«Вайнтрауб описывает строгий процесс, которому астрономы следовали от самой Земли до края наблюдаемой Вселенной, и делает его доступным для научно мыслящего непрофессионала. Настоятельно рекомендуется. » — Library Journal

«Возможно, вы уже знаете ответ. Но знаете ли вы, как мы его нашли? доказательства с нужным количеством деталей». —Майкл Брукс, New Scientist

«Чудесно всеобъемлющее исследование». — Шобхит Махаджан, Times Higher Education

«Если вы действительно хотите узнать возраст Вселенной, вам тоже придется начать с нуля. Сколько лет Вселенной? контексте и объясняет, что потребовалось для ответа на него… Эта книга показывает, как дедукция, самоотверженность, забота и настойчивость во многих областях привели к фигуре, которую мы имеем сегодня. Это история научного триумфа». — Кулвиндер Сингх Чадха, Physics World

«Это очень увлекательная и легко читаемая книга, которая поможет вам осмыслить общепринятую астрономическую реальность: Вселенной 13,7 миллиарда лет… [Вайнтрауб] предлагает читателю наполненную фактами дорожную карту, которую необходимо раскрыть, чтобы ответить на основной вопрос об окружающей нас вселенной». —Леонард Дэвид, Коалиция по исследованию космоса

«Сосредоточившись на одном из самых важных вопросов о Вселенной и попросив читателей понять ответ, Вайнтрауб знакомит читателей с идеями и явлениями, лежащими в основе современной астрономии. Предлагая уникальный исторический подход к астрономии, эта книга проливает свет на внутреннюю работу научных исследований и показывает, как астрономы решают глубокие вопросы о физической природе нашей Вселенной». — Информационный бюллетень о Луне и планетах

«Это прекрасная книга, посвященная одному из важнейших вопросов физической науки. Изложение живое и легко читаемое. Она понравится обычным читателям, а также может быть текстом. или дополнительный текст для общеобразовательных курсов астрономии». — Роберт Д. Джозеф, Contemporary Physics

«Рекомендуется, если вы хотите смоделировать путешествие по загадке нашей Вселенной, собирая по пути странные ягоды». —Subhra Priyadarshini, Businessworld

«Захватывающая история этого открытия, заканчивающаяся Нобелевской премией, подробно рассказанная профессором Вайнтраубом в книге. В этой книге есть ответы на все вопросы, которые могут возникнуть у читателя. Книга написана на уровне, понятном людям, интересующимся нашим миром, но не имеющим научной подготовки. Она должна служить источником информации для людей, имеющих опыт работы в астрономии». — Милтон Фридман, Монтгомери Ньюс

» Сколько лет Вселенной? осторожно проводит обычных читателей через каждый шаг открытия, а профессор Вайнтрауб, чья предыдущая не менее любознательная книга называлась Является ли Плутон планетой? , оказывается умелым проводником… С помощью простых и понятных описаний Вайнтрауб дает читателям эквивалент увлекательного курса астрономии в колледже, а также обучает полудюжине или около того способов, с помощью которых мы с большой точностью, если не в точное время суток, узнаем момент великого события. хлопнуть.» —Майкл Рэй Тейлор, Глава 16

«Вайнтрауб прослеживает захватывающее путешествие, в котором астрономы узнали размер и возраст Вселенной.