Вселенная возраст: Как определяется возраст Вселенной

Содержание

Вселенная

5 ступеней веры

Вселенная Библейский словарь
Происхождение Вселенной Энциклопедия христианской апологетики
Учение о сотворении мира свт. Иннокентий Херсонский
Мир-вселенная свт. Тихон Задонский
Доказательство существования Бога на примере порядка во вселенной
Вселенная митр. Иларион (Алфеев)
Самое начало (Происхождение Вселенной и существование Бога) Уильям Леин Крейг
Эта хрупкая вселенная А.Г. Хунджуа
Размышления физика о тайне творения вселенной к.ф‑м.н. О.В. Петренко
Теория распада вселенной и вера отцов еп. Василий (Родзянко)
Конечна ли вселенная? Павел Знаменский
Логос и космос: богословие, наука и православное предание Алексей Нестерук

Вселе́нная – (греч. οἰκουμένη (от οἰκέω — обитать, жить) — обитаемая (населенная) земля) –

1) в раннехристианском употреблении: а) обитаемая часть земли; б) вся земля;
2) область пространства, охватывающая весь видимый мир;
3) область пространства, охватывающая весь мир.

В христианском употреблении этого термина усматривается и тот смысл, что созданный Богом человек, венец творения, был вселен в обустроенный (приготовленный для него) мир.

Слово «вселенная» пришло в русский язык как церковнославянский перевод определенных мест библейских, святоотеческих и литургических текстов, описывающих земную среду обитания человека, все мироздание или его материальную сторону. Это слово имеет фундаментальный богословский смысл. Следуя этому смыслу, человек является образом Божьим и венцом мироздания, а потому вселяется Богом в мир как завершение и украшение мира.

Неся в себе динамичный глагол «вселять», слово «вселенная» выделяет человека из мироздания, указывает на его превосходство над миром, полагает высшую цель человеческого бытия, которая внеположена самой вселенной, надмирна. Вместе с тем, слово «вселенная» говорит и о пребывании человека в мире, о его сопричастности всему мирозданию. Поэтому осуществление высшей цели человека значимо и для самой вселенной, непременно отразится на ее судьбах – человек имеет свою вселенскую миссию.

Цель существования человека заключается в благодатном обожении – в приобщении к нетварной жизни Бога, в теснейшем соединении со своим Создателем как Источником всем мыслимых и немыслимых совершенств. Через это соединение человек призван преобразить и обожить весь мир, распространить благодатную жизнь на всю вселенную, сделать ее проницаемой для действия благодати, исполнив тем самым свою вселенскую миссию и предназначение. Подобно тому, как он сам вселен в мир, человек призван вселить в мир и особое благодатное действие, сделать Божественное присутствие в мире более ощутимым.

«Уже не человек спасается вселенной, а вселенная человеком, потому что человек есть ипостась всего космоса, который причастен его природе. И земля обретает свой личностный, ипостасный смысл в человеке. Человек для вселенной есть ее упование благодати и соединения с Богом». (В.Н. Лосский. Догматическое богословие. Образ и подобие).

В православном богословии слово «вселенная» имеет два основных значения:

Среда обитания людей (культурная ойкумена, освоенная человечеством часть мироздания).
Весь сотворенный Богом мир (все мироздание).

Вселенная как земная среда обитания людей есть освоенная человечеством часть мира, то есть то культурное пространство, где присутствует человек. В этом смысле православное богословие говорит о Вселенских Соборах, вселенских учителях, проповеди апостолов во вселенной. «Вселенский Собор – это собрание пастырей и учителей христианской Кафолической Церкви, по возможности со всей вселенной, для утверждения истинного учения и благочиния между христианами» (Пространный Православный Катeхизис. Святитель Филарет (Дроздов))

Вселенная как весь сотворенный Богом мир не исчерпывается одним лишь видимым, чувственно воспринимаемым миром, а включает в себя и невидимый духовный, ангельский мир.

В Ветхом Завете вселенная как вся совокупность творения, раскрывается через библейское понятие «небо и земля»: «В начале сотворил Бог небо и землю» (Быт.1:1). В данном случае имеется в виду все творение, все, что создано Богом. Как отмечает архиепископ Филарет (Гумилевский), в тех местах Писания, где предмет творения Божьего именуется небом и землей надо понимать весь состав вещей, существующих отдельно от Бога. В Новом Завете вселенная как совокупность творения обозначается греческим словом космос (напр., Ин.17:5; Еф.1:24; Деян.17:24). Следуя архиепископу Филарету, в Новом Завете слово космос означат не просто гармоничный порядок или устройство мира, а именно весь созданный Богом мир, всю совокупность мировых явлений.

Под вселенной также принято понимать и весь материальный, вещественный мир. Такое понимание вселенной закрепилось в современном научном естествознании, преимущественно в астрономии. Последняя исследует астрономическую вселенную (метагалактику) – часть материального мира, доступную исследованию астрономическими средствами.

Понятие вселенной как всего материального мира также приемлемо для православного богословия. Это понятие отражает факт вселения человека в мир материи, сопричастность человека всем физическим процессам мироздания чрез телесную конституцию. Вместе с тем, православное богословие настаивает, что материальный мир всего лишь часть сотворенной Богом вселенной. Вселенная включает и невидимый духовный мир, которому человек сопричастен своей душой.

Что ждёт вселенную в будущем с точки зрения современной науки?

Согласно современной космологии, возраст Вселенной — 13,7 миллиардов лет. Вселенная очень быстро расширяется. С физической точки зрения, она распадётся. Через 4‑ре миллиарда лет взорвётся Солнце, так что Земля, как, впрочем, и вся Солнечная система, перестанет существовать. Через 100 миллиардов лет распадётся всё вещество. В итоге вселенная превратится в вакуум, почти что в ничто… С космологической точки зрения, как физическое существо человек обречен. И христианское человечество ставит задачу спастись до того, как произойдет окончательный распад вселенной (А.В. Нестерук, доктор философских наук).

Для чего Бог создал такую огромную вселенную, если люди только на одной планете?

Можно предположить, что это одна из форм Божественного Откровения. Богу одинаково просто создать песчинку и вселенную. Возможно, что величие и красота вселенной служат тому, чтобы человек через них мог осознать могущество их Автора — Бога.

Есть и научная гипотеза, не исключающая богословскую, которую Сергей Худиев выразил так: “То, что мы знаем о вселенной, указывает на то, что именно такие размеры необходимы для того, чтобы в ней образовались галактики, звезды, и, в итоге, жизнь. Только на первый взгляд вселенная кажется бессмысленно огромной и пустой. Например, очень важно точное количество материи во вселенной. Если бы оно было чуть меньше, расширение вселенной было бы слишком быстрым, и галактики, звезды и планеты не могли бы образоваться. Если бы чуть больше – расширение вселенной бы прекратилось, и она стянулась бы в точку под собственной тяжестью. При ближайшем рассмотрении вселенная оказывается ровно того размера, который нужен для поддержания жизни”.

***

«В начале сотворил Бог небо и землю». Небо и земля первого дня, о которых идет здесь речь, это не то небо и не та земля, которые мы видим, ибо наше видимое небо появляется лишь с «твердью» второго дня, или даже со «светилами» четвертого, а наша видимая земля – с отделением в третий день суши. «Небо и земля» первого дня означают всю вселенную, мир видимый и невидимый, умозрительный и вещественный. Небо – это вся беспредельность духовных миров, объемлющих наше земное бытие, это бесчисленные ангельские сферы. Книга Бытия упоминает о них, но затем как бы перестает ими интересоваться и говорит только о земле. Несколько кратких указаний на эти духовные миры встречаются, как вехи, в обоих Заветах, но эти упоминания никогда не получают развития. Так, святой Григорий Нисский видит в 99 овцах, оставленных на высотах, символ ангельской полноты, сотая же, заблудшая овца – это наш земной мир. В нашем падшем состоянии мы фактически не можем определить места нашей вселенной среди беспредельных миров.
Это относительное умолчание Священного Писания знаменательно. Оно подчеркивает центральное значение земли, оно определяет некий геоцентризм. Это не остаток какой-то примитивной космологии (впрочем, разве космологии такого рода не символичны в известной мере?), космологии, несоответствующей нашей послекоперниковской вселенной. Геоцентризм здесь не физический, а духовный: земля духовно центральна, потому что она – плоть человека, потому что человек, прорываясь сквозь бесчисленное видимое, чтобы связать его с невидимым, есть существо центральное, то существо, которое объединяет в себе чувственное и сверхчувственное и потому с большей полнотой, чем ангелы, участвует во всем строе «земли» и «неба». В центре вселенной бьется сердце человека, и только святой, чье очищенное сердце объемлет самые отдаленные туманности, может постигнуть, не являются ли эти «звездные сферы» своего рода отражением ангельских эонов и потому не нуждаются в спасении.

В.Н. Лосский. «Догматическое богословие»

2.3 тыс. 1

Вселенная, которую мы наблюдаем, — это односторонняя машина времени. Чем дальше находится то, что мы видим, тем сильнее оно погружено в прошлое. Но ближе к началу времен есть предел, заглянуть за который почти невозможно. Что скрывается там, за невидимым горизонтом Вселенной?

Рассказывает гость программы «Вопрос науки» — академик РАН, главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН и заведующий кафедрой космологии и физики частиц Физического факультета МГУ Валерий Анатольевич Рубаков.

Мы хорошо знаем, как расширялась Вселенная с самой первой секунды. Это экспериментальный факт. Сегодня ей почти 14 млрд лет. Когда ее возраст исчислялся одной секундой, температура в ней составляла миллиарды градусов Кельвина (°К). Она была горячая, плотная и быстро-быстро расширялась! В течение секунды все расстояния увеличились вдвое. Это мы знаем из измерений одного сорта. А из измерений другого сорта мы знаем уже во всех деталях, как она была устроена, когда ее возраст составлял примерно 380 000 лет. Температура у этой довольно юной Вселенной была уже поменьше — 3000 °К.

За этим фактом стоит вся история исследований. Почему мы об этом знаем? Потому что до этого момента — 380 000 лет — Вселенная была в плазменном состоянии, состояла в основном из протонов и электронов, была непрозрачной. А когда она остыла до 3000 °К, эта плазма превратилась в газ, в основном водород. Газ был очень прозрачный для электромагнитного излучения, и оно пошло свободно гулять по Вселенной и пришло к нам. И вот, глядя на это электромагнитное излучение, мы знаем, как она была устроена.

Мы имеем фотографию того, как была устроена Вселенная в то время. Совершенно не так, как у нас сейчас. Она была очень однородная, были слабенькие неоднородности — на уровне 0,0001. По мере расширения реликтовое излучение остыло, сейчас его температура — 2,7 °К.

Фотография говорит нам о том, что Вселенная была очень однородная, но были небольшие неоднородности, которые по мере эволюции, расширения Вселенной, превращались в галактики, скопления галактик, сгущались и давали жизнь всем структурам и нам с вами в конце концов.

Конечно, первые звезды появились раньше, чем мы. Они появились примерно через 400–300 млн лет после описанного события. Но все равно потребовались многие сотни миллионов лет, чтобы образовались звезды и самые первые галактики. Этот процесс продолжался долго — все 14 млрд лет.

Мы понимаем, что Вселенная была горячей плотной средой. Мы знаем, как она расширялась и с каким темпом она расширялась. До первой секунды дойти тоже просто, ведь секунда у нас — температура миллиард градусов, это не бог весть какая температура, и физику эту мы прекрасно знаем. Мы знаем общую теорию относительности, а значит, мы знаем темп расширения Вселенной, и нет никаких больших проблем продолжить этот процесс — экстраполировать назад во времени.

В то время работала ядерная физика. Как на Солнце термоядерная реакция происходит, так и во Вселенной были термоядерные реакции, по результатам которых мы, собственно, и знаем, что происходило. Чтобы понять, что было раньше, приходится экстраполировать дальше — на основе тех знаний, которые мы сегодня имеем о физике элементарных частиц, о гравитации. Вот тут уже начинаются гипотезы.

Если вы пойдете дальше во времени назад на основании тех знаний, которые у нас есть сегодня, — на доли секунды после Большого взрыва, вы придете к ситуации, когда у вас есть начало: Большой взрыв. Это момент времени, когда во Вселенной была гигантская температура, гигантский темп расширения. Невозможно себе представить какой, но настолько гигантский, что мы уже перестаем иметь возможность описывать это в рамках наших представлений. Надо сказать, что Большой взрыв — это не взрыв из точки, а это сразу во всей Вселенной произошел такой поджог, если хотите.

Такая картинка не вяжется с тем, что мы знаем из этой фотографии… Если бы все было устроено так, как мы сейчас с вами обговорили, то у нас есть начало всех времен — ноликом обозначенное время. И есть распространение сигнала. С того момента, когда образовалась наша Вселенная, можно себе представить, что были испущены какие-то сигналы. Неважно какие, но они движутся со скоростью света, не быстрее. Тогда у вас есть световой конус, то есть размер, сколько пробежал этот сигнал… Области вне этого размера друг с другом не «разговаривали» к этому моменту, не могли получить никаких сведений друг о друге и обменяться никакой информацией. Мы находимся далеко впереди во времени и видим много-много таких областей, которые друг с другом никак не связаны и ничего друг о друге не знают.

А теперь посмотрите: Вселенная абсолютно одинаковая везде. Как так получилось? Одна область с другой «разговаривать» не могла, а температура в них в точности одинаковая — с гигантской, фантастической точностью. Как же получилось так, что в большущей области Вселенной температура и плотность оказались чуть-чуть поменьше, а в другом месте — чуть-чуть побольше? (На фото более холодные области обозначены темно-синим и голубым цветом, а более теплые — желтым. — Прим. ред.) Как были созданы все эти неоднородности, которые мы видим? Чтобы это понять, нужно от этой картинки уйти назад во времени гораздо дальше: отправиться далеко-далеко в прошлое, в начало Вселенной.

Существует гипотеза о том, что горячая стадия началась гораздо позже, чем изначально предполагалось. Было что-то совершенно особенное еще раньше. Наиболее красивая и правдоподобная гипотеза об этом — инфляция. Она описывает ситуацию, когда Вселенная расширяется очень быстро, чрезвычайно, невероятно быстро, и за очень короткое время становится огромной. За мельчайшие доли секунды маленький кусочек Вселенной становится огромного размера — такое может быть. И вот тогда такая картинка начинает работать. Но для этого нужно, конечно, специальную теорию создать. Потому что горячая фаза такова, что в ней Вселенная так быстро не расширяется, нужно иметь какую-то другую материю…

Энергия этой изначальной субстанции должна была перейти в тепло, и тогда началась горячая стадия. И это еще одна задачка для ученых. Первая задача — понять, почему эта Вселенная так гигантски расширилась, а другая задача — понять, как это получилось, что энергия некой субстанции (ее еще называют «инфлатон» — гипотетическая элементарная частица. — Прим. ред.) перешла в энергию частиц, в тепло. Теоретически мы умеем отвечать на все эти вопросы, а экспериментально — нет. Поэтому все это остается популярной гипотезой.

А вообще, в теории можно представить себе другие сценарии и другие модели. Например, Вселенная в самом начале могла быть примерно такой же, как сегодня. Только сегодня Вселенная расширяется, а когда-то давным-давно она могла сжиматься: медленно-медленно, потихонечку. Потом должно было произойти чудо — сжатие должно было смениться расширением… Эта теория сегодня в работе. Не я один, а мы вместе с коллегами и многие другие группы пытаются придумать теоретически самосогласованные теории, модели, где такое бы происходило. Обсуждается и другая возможность: есть недавнее предположение о том, что Вселенная вообще может начинаться с пустого плоского пространства. Пустого в том смысле, что энергии никакой в нем нет, плоское, так как в нем ничего не эволюционирует. Потом потихонечку энергия нарастает, плотность энергии и темп расширения растут, и со временем Вселенная выходит ускоренно в гигантский темп расширения. И тут опять нужно, чтобы энергия, которая обеспечивает расширение, перешла в тепло. Рассматривается такая динамика и такие уравнения. Мои итальянские коллеги назвали эту модель «Генезис» — это английское название первой книги Библии.

Это отдельный вопрос, как и вопрос об асимметрии между материей и антиматерией и вопрос о том, как образовалась темная материя во Вселенной. Думается, что генерация образования этих свойств произошла, скорее всего, на горячей стадии.

На языке физики элементарных частиц это называется «поля». Нужны очень необычные сущности и поля, которые обладают совершенно особенными свойствами. Во всех сценариях, которые я перечислил, требуются совершенно новые поля. Эти сущности потом никуда не делись, и, по идее, они должны быть. Но они вполне могут быть очень слабо взаимодействующими с обычной материей, с обычным веществом, из-за этого их очень трудно обнаружить в лаборатории.

А когда-то они доминировали. И нужно организовать теорию так, чтобы они тогда доминировали, а сегодня были бы безопасны с точки зрения эксперимента. Ну и можно попытаться их искать. Это тоже, как говорится, отдельный разговор — попытаться найти эти сущности.

Инфляция — очень красивая в этом отношении теория, она автоматически дает образование этих первичных неоднородностей, которые мы видим на фотографии. И более того, она дает их правильные свойства. Глядя на эту фотографию, мы можем многие свойства этих неоднородностей определить. Если правильно посмотреть на эту фотографию, мы сможем определить, какие были неоднородности, какие амплитуды были при большом размере, при меньшем размере и пр.

В свое время инфляционная теория сделала предсказание относительно того, как должна выглядеть эта фотография, когда этой фотографии еще не было. Она сделала предсказание, и предсказание оказалось прекрасно работающим. За исключением реликтовых гравитационных волн, которых пока не видно. Интересно будет узнать, кто поедет получать Нобелевскую премию, претендентов много.

Это все физика, очень сложная физика — есть теория, есть эксперимент, наблюдения. Мы перемещаемся на мельчайшие доли секунды с момента образования Вселенной или с момента ее перехода со сжатия на расширение. Сам факт, что мы туда способны заглянуть, — это уже фантастика! А мы способны заглянуть, разглядывая большие основные ее свойства на огромных расстояниях. Мы делаем предсказания. Это долгая история, конечно, много теоретических карандашей надо сломать, но мы делаем предсказания и начинаем их проверять на наблюдениях. Как только какие-то предсказания не будут согласовываться с наблюдениями, нам надо будет наши теоретические представления о физике менять.

Если и правда была инфляционная стадия, то инфляция, наверное, произошла от флуктуации, которую мы даже не умеем описывать. Это, наверное, такая стадия или состояние пространства, времени, материи, которую в современных терминах невозможно описать. Что такое сингулярность? Сингулярность — это явно какая-то квантовая, сильно взаимодействующая система, в которой все представления о пространстве, времени, энергии должны быть другими. .. Она страшно далеко по энергетическим масштабам. Несмотря на все попытки даже теоретически представить себе, как все это происходило, мы до сих пор этого не умеем. Но я оптимист и надеюсь, что еще при моей жизни это открытие произойдет.

Наша Вселенная враз помолодела на 600 миллионов лет. Космический телескоп имени Хаббла позволил уточнить значение одноимённой постоянной, которая и определяет канонический возраст нашего мира. Фундаментального пересмотра космологии, впрочем, не потребуется: новые данные лежат в пределах погрешностей прежних измерений.

Когда говорят, что нашей Вселенной 13,7 миллиардов лет, обычно забывают указать неточность, с которой определена эта величина. А неопределённость эта складывается из множества составляющих и в итоге достигает примерно 6–7%, если принимать стандартную на сегодняшний день космологическую модель, а то и всех 15%, если «отпустить» параметры. Так что астрономам на деле следовало бы писать, что нашему миру примерно от 12 до 15 миллиардов лет, и не смешить метрологов выписыванием трёх значащих цифр для этого плохо измеренного параметра.

Тем не менее, установить некоторый «канонический» возраст удобно. Дело в том, что эволюцию Вселенной в относительных величинах мы представляем себе очень неплохо. Например, можно без зазрения совести утверждать, что гамма-всплеск GRB 090423, являющийся на данный момент самым далёким видимым объектом во Вселенной, произошёл, когда возраст нашего мира составлял 4,6% от нынешнего. А вот говорить, что он случился 13,1 миллиарда лет назад — некоторое лукавство. По-хорошему, в таких случаях всегда надо добавлять «принимая возраст Вселенной равным 13,7 миллиарда лет», а для полных педантов потребуется дополнение «и стандартную космологическую модель».

Например, если постоянная Хаббла равна 70 км/c на мегапарсек (H₀=70 км/c/Мпк), то галактики, которые мы видим на расстоянии в 10 Мпк, убегают от нас со средней скоростью 700 км/c, а галактики, которые мы видим на расстоянии в 11 Мпк – со скоростью 770 км/c. Там, где скорость расширения достигает скорости света, находится «граница» нашего мира, за которой мы уже ничего не видим, и чем больше значение H₀, тем ближе этот горизонт, и тем моложе наша Вселенная.

Чтобы определить постоянную Хаббла надо, очевидно, измерить скорость галактик и расстояние до них. С первым проблем нет: смещение линий в спектрах объектов из-за эффекта Доплера позволяет легко и непринуждённо вычислить скорость убегания.

А вот определение расстояний в астрономии — большая проблема. Дотянуть линейку невозможно ни до одного небесного объекта, возможности радарного и лазерного зондирования ограничиваются пределами Солнечной системы, а дальше приходится выстраивать целую «лестницу» космических расстояний, в которой каждая новая ступенька опирается на предыдущую. И если вы ошибочно измерили расстояние от Земли до Солнца, то эта ошибка будет присутствовать и в расстояниях до звёзд, и в расстояниях до далёких галактик, и в возрасте нашего мира.

Учёные из США и Великобритании под руководством Адама Рисса из американского Университета имени Джона Хопкинса провели самую точную на сегодняшний день такую оценку. Для этого они воспользовались космическим телескопом имени Хаббла (того же американского астронома, в честь которого названа постоянная). Работа учёных (PDF-файл) вскоре будет опубликована в Astrophysical Journal.

Примерно до 13,1 миллиарда лет: постоянная Хаббла H₀=74,2 км/c/Мпк — чуть больше, чем ранее считалось. И точность определения этой величины теперь составляет около 5%, даже если не ограничивать себя рамками стандартной космологической модели.

«Лестница космических расстояний» Рисса и его коллег состоит из трёх основных ступенек. На первой ступени находится галактика NGC 4258 (или M 106), расположенная в созвездии Гончих Псов. Вокруг чёрной дыры, расположенной в её центре, крутится диск вещества, в состав которого входят молекулы воды. Эти молекулы излучают очень тонкие, так называемые мазерные линии, по которым можно точно измерить скорость вращения диска. Несложная геометрия этого движения и точные наблюдения с помощью радиотелескопов позволили астрономам вычислить расстояние до галактики, которое составляет 7,2 Мпк (примерно 23 миллиона световых лет).

Это измерение, в свою очередь, позволило очень точно определить истинную светимость переменных звёзд из класса цефеид. Для этих периодически пульсирующих звёзд известна чёткая зависимость: чем больше период колебаний, тем больше истинный блеск. Период колебаний померить несложно: острое зрение телескопа имени Хаббла позволяет построить кривые блеска для отдельных звёзд в этой не такой уж близкой галактике. А по среднему наблюдаемому блеску и точно измеренному расстоянию учёные восстановили и истинный блеск цефеид, который понадобился для калибровки следующей ступеньки «лестницы».

На ней оказались 6 галактик на промежуточных расстояниях, в которых ещё видны отдельные цефеиды и в которых за последние три десятилетия вспыхивали сверхновые типа Ia. Расстояния до этих галактик определили по видимому среднему блеску переменных звёзд и их светимости, используя закон, откалиброванный на предыдущей ступеньке.

Из этих измерений и наблюдаемого блеска сверхновых типа Ia Рисс и его коллеги вывели истинную светимость последних. Эта величина практически постоянна, так как соответствует взрыву белого карлика, который «перебрал» вещества со звезды-соседки и взорвался. Предел, за которым следует взрыв, одинаков для всех звёзд, потому одинакова и светимость.

После этого оставалось лишь сравнить скорости удаления далёких галактик, в которых сверхновые ещё видны, а цефеиды — уже нет, с наблюдаемым блеском сверхновых, что, благодаря чётко определённой предыдущей ступеньке, тут же даёт расстояние. Поделив разницу в скорости на разницу в расстоянии, учёные получили новое значение постоянной Хаббла H₀.

Именно это и сделали учёные на последнем этапе своей работы. Результаты показывают, что стандартная космологическая модель — так называемая ΛCDM-модель — пока держит удар. Она предполагает, что наша Вселенная плоская, наполнена холодной тёмной материей, и содержит загадочную «космологическую постоянную» Λ, которая последние несколько миллиардов лет заставляет наш мир расширяться с ускорением.

По данным Рисса и его коллег, Λ — величина действительно постоянная на протяжении большей части жизни Вселенной. Если быть более точным, то новые данные показывают, что так называемое уравнение состояния w+1, показывающее степень переменности Λ, равно нулю с точностью +/-12%. До сих пор этот параметр был известен почти втрое хуже.

В настоящее время та же команда планирует улучшить точность определения космологических параметров минимум в 5 раз. И в этом проекте они рассчитывают на помощь космического телескопа имени Хаббла. В понедельник с последней ремонтной миссией к 18-летнему космическому аппарату отправится шаттл Atlantis. Астрономы скрещивают пальцы, чтобы всё прошло благополучно.

Осознание того, что Вселенная меняется со временем, пришло в 1920-х и 1930-х годах, когда стали доступны измерения красных смещений большой выборки галактик. Оглядываясь назад, удивительно, что ученые были так потрясены, обнаружив, что Вселенная расширяется. На самом деле наши теории гравитации требуют, чтобы Вселенная либо расширялась, либо сжималась. Чтобы показать, что мы имеем в виду, давайте начнем со вселенной конечного размера — скажем, с гигантского шара из тысячи галактик. Все эти галактики притягиваются друг к другу из-за своей гравитации. Если бы они изначально были неподвижны, они неизбежно начали бы сближаться и, в конце концов, столкнулись бы. Избежать этого коллапса они могли только в том случае, если по какой-то причине им случалось удаляться друг от друга на больших скоростях. Точно так же, только если ракета запущена с достаточно высокой скоростью, она может избежать падения обратно на Землю.

Проблема того, что происходит в бесконечной вселенной, решить труднее, но Эйнштейн (и другие) использовал свою общую теорию относительности (которую мы описали в «Черных дырах и искривленном пространстве-времени»), чтобы показать, что даже бесконечные вселенные не могут быть статичными. Поскольку в то время астрономы еще не знали, что Вселенная расширяется (а сам Эйнштейн с философской точки зрения не желал допускать существование Вселенной в движении), он изменил свои уравнения, введя произвольное новое слагаемое (мы могли бы назвать его фиктивным фактором), называемое космологическим фактором. постоянный. Эта константа представляла собой гипотетическую силу отталкивания, которая могла бы уравновесить гравитационное притяжение в самых больших масштабах и позволить галактикам оставаться на фиксированном расстоянии друг от друга. Таким образом, Вселенная могла оставаться неподвижной.

Примерно десять лет спустя Хаббл и его коллеги сообщили, что Вселенная расширяется, так что никакой таинственной уравновешивающей силы не требуется. (Мы обсуждали это в главе о галактиках.) Сообщается, что Эйнштейн сказал, что введение космологической постоянной было «самой большой ошибкой в моей жизни». Однако, как мы увидим далее в этой главе, относительно недавние наблюдения указывают на то, что расширение составляет ускорение . В настоящее время проводятся наблюдения, чтобы определить, согласуется ли это ускорение с космологической постоянной. В некотором смысле может оказаться, что Эйнштейн все-таки был прав.

Если бы у нас был фильм о расширяющейся Вселенной, и мы прокрутили фильм назад , что бы мы увидели? В нашем фильме галактики вместо того, чтобы разлетаться, сместятся на вместе на , все время приближаясь все ближе и ближе. В конце концов мы обнаружим, что вся материя, которую мы можем видеть сегодня, когда-то была сосредоточена в бесконечно малом объеме. Астрономы отождествляют это время с начало вселенной . Взрыв этой концентрированной вселенной в начале времен называется Большим взрывом (неплохой термин, поскольку не может быть большего взрыва, чем тот, который создал всю вселенную). Но когда произошел этот взрыв?

Мы можем сделать разумную оценку времени, прошедшего с начала расширения Вселенной. Чтобы увидеть, как это делают астрономы, давайте начнем с аналогии. Предположим, ваш класс астрономии решает устроить вечеринку (что-то вроде «Большого взрыва») у кого-то дома, чтобы отпраздновать окончание семестра. К сожалению, все празднуют с таким энтузиазмом, что соседи вызывают полицию, которая прибывает и отправляет всех в одно и то же время. Вы возвращаетесь домой в 2 часа ночи, все еще несколько расстроенные тем, как закончилась вечеринка, и понимаете, что забыли посмотреть на часы, чтобы узнать, во сколько прибыла полиция. Но вы используете карту, чтобы измерить, что расстояние между вечеринкой и вашим домом составляет 40 километров. И вы также помните, что всю поездку вы ехали с постоянной скоростью 80 км/ч (поскольку вы беспокоились о полицейских машинах, следующих за вами). Следовательно, поездка должна была занять:

Люди не могли посмотреть на свои часы, когда возникла Вселенная, но мы можем использовать тот же метод, чтобы оценить, когда галактики начали удаляться друг от друга. (Помните, что в действительности расширяется пространство, а не галактики, движущиеся в статичном пространстве.) Если мы сможем измерить, как далеко сейчас галактики и как быстро они движутся, мы сможем вычислить, как долго поездка это было.

Назовем измеренный таким образом возраст Вселенной T ₀ . Давайте сначала рассмотрим простой случай, предположив, что расширение происходит с постоянной скоростью с тех пор, как началось расширение Вселенной. В этом случае время, которое потребовалось галактике, чтобы удалиться от Млечного Пути на расстояние d (помните, что вначале все галактики были вместе в очень маленьком объеме), равно (как в нашем примере)

Выполнение таких измерений должно звучать очень знакомо. Это как раз то, что нужно было сделать Хабблу и многим астрономам после него, чтобы установить закон Хаббла и постоянную Хаббла. В «Галактиках» мы узнали, что расстояние до галактики и ее скорость в расширяющейся Вселенной связаны соотношением 9.0005

Итак, мы видим, что работа по вычислению этого времени уже была сделана за нас, когда астрономы измерили постоянную Хаббла. Возраст Вселенной, оцененный таким образом, оказывается равным , обратным постоянной Хаббла (то есть 1/ H ). Эту оценку возраста иногда называют временем Хаббла. Для постоянной Хаббла 20 километров в секунду на миллион световых лет время Хаббла составляет около 15 миллиардов лет. (Кстати, единицей измерения постоянной Хаббла, используемой астрономами, является километр в секунду на миллион парсек. В этих единицах постоянная Хаббла равна примерно 70 километрам в секунду на миллион парсек, опять же с неопределенностью около 5%. )

Чтобы упростить запоминание чисел, мы сделали здесь округление. Оценки постоянной Хаббла на самом деле ближе к 21 или 22 километрам в секунду на миллион световых лет, что приближает возраст к 14 миллиардам лет. Но постоянная Хаббла по-прежнему имеет около 5% неопределенности, что означает, что возраст Вселенной, оцененный таким образом, также имеет неопределенность около 5%.

Однако, чтобы представить эти неопределенности в перспективе, вы должны знать, что 50 лет назад неопределенность была равна 2. За последние пару десятилетий был достигнут заметный прогресс в определении постоянной Хаббла.

Время Хаббла является правильным возрастом для Вселенной только в том случае, если скорость расширения была постоянной на протяжении всего времени с начала расширения Вселенной. Продолжая нашу аналогию с вечеринкой в конце семестра, это эквивалентно предположению, что вы добирались домой с вечеринки с постоянной скоростью, хотя на самом деле это могло быть не так. Сначала, злясь на необходимость уехать, вы, возможно, ехали быстро, но затем, когда вы успокоились — и подумали о полицейских машинах на шоссе — вы, возможно, начали снижать скорость до тех пор, пока не двигались с более социально приемлемой скоростью (например, как 80 км/час). В этом случае, учитывая, что вначале вы ехали быстрее, дорога домой заняла бы менее получаса.

Точно так же при расчете времени Хаббла мы предполагали, что скорость расширения была постоянной на протяжении всего времени. Оказывается, это не очень хорошее предположение. Ранее, размышляя об этом, астрономы ожидали, что скорость расширения должна замедлиться. Мы знаем, что материя создает гравитацию, посредством чего все объекты притягивают все другие объекты. Ожидалось, что взаимное притяжение между галактиками замедлит расширение с течением времени. Это означает, что, если бы гравитация была единственной действующей силой (большая девятка0025, если , как мы увидим в следующем разделе), то скорость расширения должна была быть выше в прошлом, чем сегодня. В этом случае мы бы сказали, что Вселенная с самого начала прошла замедлений на .

Степень его замедления зависит от роли гравитации в замедлении расширения. Если бы Вселенная была почти пуста, роль гравитации была бы незначительной. Тогда замедление было бы близко к нулю, и Вселенная расширялась бы с постоянной скоростью. Но во Вселенной с любой значительной плотностью материи гравитационное притяжение означает, что скорость расширения теперь должна быть медленнее, чем раньше. Если мы используем текущую скорость расширения, чтобы оценить, сколько времени потребовалось галактикам, чтобы достичь своего нынешнего расстояния, мы переоценим возраст Вселенной — точно так же, как мы, возможно, переоценили время, которое потребовалось вам, чтобы вернуться домой с вечеринки.

Астрономы потратили несколько десятилетий на поиски доказательств того, что расширение замедляется, но безуспешно. Им нужны были 1) более крупные телескопы, чтобы они могли измерять красное смещение более далеких галактик и 2) очень светящаяся стандартная лампа (или стандартная свеча), то есть какой-то астрономический объект с известной светимостью, производящий огромное количество света. энергии и может наблюдаться на расстоянии в миллиард световых лет и более.

Вспомним, что мы обсуждали стандартные лампочки в главе о Галактиках. Если мы сравним, насколько яркой должна быть стандартная лампа и насколько тусклой она выглядит в наших телескопах, разница позволит нам рассчитать расстояние до нее. Красное смещение галактики, в которой находится такая лампочка, может сказать нам, насколько быстро она движется во Вселенной. Таким образом, мы можем независимо измерять его расстояние и движение.

Эти два требования были наконец выполнены в 1990-х годах. Астрономы показали, что сверхновые типа Ia (см. «Гибель звезд») с некоторыми поправками, основанными на форме их кривых блеска, являются стандартными лампочками. Этот тип сверхновой возникает, когда белый карлик аккрецирует достаточно материала от звезды-компаньона, чтобы превысить предел Чандрасекара, а затем коллапсирует и взрывается. Во время максимальной яркости эти драматические сверхновые могут ненадолго затмить вмещающие их галактики, и, следовательно, их можно наблюдать на очень больших расстояниях. Большие 8–10-метровые телескопы можно использовать для получения спектров, необходимых для измерения красных смещений родительских галактик (рис. 29)..3).

Результат кропотливого и тщательного изучения этих сверхновых в ряде галактик, проведенного двумя группами исследователей, был опубликован в 1998 году. Это было шокирующим и настолько революционным, что их открытие было удостоено Нобелевской премии по физике 2011 года. Исследователи обнаружили, что эти сверхновые типа Ia в далеких галактиках были слабее, чем ожидалось по закону Хаббла, учитывая измеренное красное смещение их родительских галактик. Другими словами, расстояния, оцененные по сверхновым, использованным в качестве эталонных ламп, расходились с расстояниями, измеренными по красным смещениям.

Прежде чем принять это шокирующее открытие, астрономы сначала исследовали возможность того, что сверхновые на самом деле могут быть не такими полезными, как обычные лампочки, как они думали. Возможно, сверхновые казались слишком слабыми из-за того, что пыль на нашем пути к ним поглощала часть их света. Или, возможно, сверхновые на больших расстояниях по какой-то причине были менее яркими, чем близкие сверхновые типа Ia.

Множество более подробных наблюдений исключили эти возможности. Затем ученым пришлось рассмотреть альтернативу, согласно которой расстояние, рассчитанное по красному смещению, было неверным. Расстояния, полученные из красных смещений, предполагают, что постоянная Хаббла была действительно постоянной во все времена. Мы видели, что одна из причин непостоянства заключается в том, что расширение замедляется. Но предположим, что ни одно из предположений не верно (постоянная скорость или замедление).

Вместо этого предположим, что вселенная равна ускорение . Если сейчас Вселенная расширяется быстрее, чем миллиарды лет назад, то наше движение от отдаленных сверхновых ускорилось с момента взрыва, унося нас дальше от них. Свету взрыва приходится преодолевать большее расстояние, чтобы достичь нас, чем если бы скорость расширения была постоянной. Чем дальше распространяется свет, тем слабее он кажется. Этот вывод мог бы естественным образом объяснить наблюдения сверхновых, и теперь это подтверждено многими дополнительными наблюдениями за последние пару десятилетий. действительно кажется, что расширение Вселенной ускоряется , идея настолько неожиданная, что астрономы поначалу сопротивлялись ее рассмотрению.

Как может ускориться расширение Вселенной? Если вы хотите ускорить свой автомобиль, вы должны подавать энергию, нажимая на газ. Точно так же энергия должна поставляться для ускорения расширения Вселенной. Открытие ускорения было шокирующим, потому что ученые до сих пор не знают, что является источником энергии. Ученые называют это темной энергией, что является явным признаком того, как мало мы ее понимаем.

Обратите внимание, что этот новый компонент Вселенной не является темной материей, о которой мы говорили в предыдущих главах. Темная энергия — это еще что-то, что мы также еще не обнаружили в наших лабораториях на Земле.

Что такое темная энергия? Одна возможность состоит в том, что это космологическая постоянная, представляющая собой энергию, связанную с вакуумом самого «пустого» пространства. Квантовая механика (интересная теория того, как вещи ведут себя на атомном и субатомном уровнях) говорит нам, что источником этой вакуумной энергии могут быть крошечные элементарные частицы, которые появляются и исчезают повсюду во Вселенной. Были предприняты различные попытки рассчитать, насколько велики должны быть эффекты этой вакуумной энергии, но пока эти попытки не увенчались успехом. На самом деле порядок теоретических оценок энергии вакуума, основанных на квантовой механике материи, и величина, необходимая для учета ускорения расширения Вселенной, различаются в невероятный раз, по крайней мере, в 10 9 раз.0127 120 (это 1 со 120 нулями)! Были предложены различные другие теории, но суть в том, что, хотя существуют убедительные доказательства существования темной энергии, мы еще не знаем источник этой энергии.

Какой бы ни оказалась темная энергия, мы должны отметить, что открытие того, что скорость расширения не была постоянной с момента возникновения Вселенной, усложняет вычисление возраста Вселенной. Интересно, что ускорение, похоже, началось не с Большого Взрыва. В течение первых нескольких миллиардов лет после Большого взрыва, когда галактики находились близко друг к другу, гравитация была достаточно сильной, чтобы замедлить расширение. По мере того, как галактики удалялись друг от друга, влияние гравитации ослабевало. Через несколько миллиардов лет после Большого взрыва темная энергия взяла верх, и расширение начало ускоряться (рис. 29)..4).

Чем больше диаграмма простирается по горизонтали, тем быстрее изменяется скорость расширения. После периода очень быстрого расширения в начале, который ученые называют инфляцией и который мы обсудим позже в этой главе, расширение начало замедляться. Галактики тогда были близко друг к другу, и их взаимное гравитационное притяжение замедляло расширение. Через несколько миллиардов лет, когда галактики стали отдаляться друг от друга, влияние гравитации начало ослабевать. Затем темная энергия взяла верх и вызвала ускорение расширения. (кредит: модификация работы Энн Фейлд (STScI))

Замедление работает так, что возраст Вселенной, оцениваемый простым соотношением T0=1/HT0=1/H, кажется старше, чем он есть на самом деле, тогда как ускорение работает, чтобы он казался моложе. По счастливому стечению обстоятельств наши наилучшие оценки того, насколько сильно произошло замедление и ускорение, приводят к ответу для возраста, очень близкого к T0=1/HT0=1/H. Наилучшая текущая оценка состоит в том, что Вселенной 13,8 миллиарда лет с неопределенностью всего около 100 миллионов лет.

На протяжении всей этой главы мы ссылались на Хаббл 9.0025 константа . Теперь мы знаем, что постоянная Хаббла меняется со временем. Однако она постоянна повсюду во Вселенной в любой момент времени. Когда мы говорим, что постоянная Хаббла составляет около 70 км/с/миллион парсеков, мы имеем в виду, что это значение постоянной Хаббла в настоящее время.

Теперь у нас есть одна оценка возраста Вселенной по ее расширению. Согласуется ли эта оценка с другими наблюдениями? Например, возраст самых старых звезд или других астрономических объектов моложе 13,8 миллиардов лет? В конце концов, Вселенная должна быть не менее старой, чем самые старые объекты в ней.

На этом изображении, полученном космическим телескопом Хаббла НАСА/ЕКА, показано шаровое скопление, известное как 47 Tucanae, поскольку оно находится в созвездии Tucana (Тукан) в южной части неба. Второе по яркости шаровое скопление на ночном небе, оно включает в себя сотни тысяч звезд. Шаровые скопления являются одними из самых старых объектов в нашей Галактике и могут быть использованы для оценки ее возраста. (кредит: НАСА, ЕКА и Наследие Хаббла (STScI/AURA) – ЕКА/Сотрудничество Хаббла)

Точность оценок возраста шаровых скоплений заметно улучшилась в последние годы по двум причинам. Во-первых, были улучшены модели внутренней части звезд шаровых скоплений, в основном за счет более полной информации о том, как атомы поглощают излучение, когда они выходят из центра звезды в космос. Во-вторых, наблюдения со спутников повысили точность наших измерений расстояний до этих скоплений. Вывод состоит в том, что самые старые звезды образовались около 12–13 миллиардов лет назад.

Эта оценка возраста недавно была подтверждена изучением спектра урана в звездах. Изотоп уран-238 радиоактивен и со временем распадается (превращается в другой элемент). (Уран-238 получил свое название, потому что он имеет 92 протона и 146 нейтронов.) Мы знаем (из того, как звезды и сверхновые звезды производят элементы), сколько урана-238 обычно производится по сравнению с другими элементами. Предположим, мы измеряем количество урана по отношению к нерадиоактивным элементам в очень старой звезде и в нашем собственном Солнце и сравниваем содержание. С помощью этих кусочков информации мы можем оценить, как долго уран распадается в очень старой звезде, потому что мы знаем по нашему собственному Солнцу, сколько урана распадается за 4,5 миллиарда лет.

Линия урана очень слабая, и ее трудно различить даже на Солнце, но теперь она была измерена у одной очень старой звезды с помощью Европейского очень большого телескопа (рис. 29.6). Сравнивая обилие с обилием в Солнечной системе, возраст которой нам известен, астрономы оценивают возраст звезды в 12,5 миллиардов лет с погрешностью около 3 миллиардов лет. Несмотря на то, что неопределенность велика, эта работа является важным подтверждением возраста, оцененного на основе исследований звезд шаровых скоплений. Обратите внимание, что оценка возраста урана полностью независима; оно не зависит ни от измерения расстояний, ни от моделей недр звезд.

Европейский сверхбольшой телескоп (E-ELT) в настоящее время строится в Чили. На этом изображении сравнивается размер E-ELT (слева) с четырьмя 8-метровыми телескопами Европейского очень большого телескопа (в центре) и с Колизеем в Риме (справа). Зеркало E-ELT будет иметь диаметр 39 метров. Астрономы строят гигантские телескопы нового поколения, чтобы наблюдать за очень далекими галактиками и понимать, какими они были, когда только формировались, а Вселенная была молода. (кредит: модификация работы ESO)

Как мы увидим далее в этой главе, звезды шарового скопления, вероятно, не сформировались до тех пор, пока расширение Вселенной не началось в течение, по крайней мере, нескольких сотен миллионов лет. Соответственно, их возраст согласуется с возрастом в 13,8 миллиардов лет, оцененным по скорости расширения.

Возраст Вселенной также можно оценить по космологической модели.
на основе постоянной Хаббла
и плотность материи и темной энергии.
Этот основанный на модели возраст в настоящее время составляет 13,75 +/- 0,1.
гыр.
Но эта веб-страница будет иметь дело только с фактическими измерениями возраста, а не с оценками.
из космологических моделей.
Измерения фактического возраста согласуются с модельным возрастом, который
повышает нашу уверенность в модели Большого взрыва.

Возраст химических элементов можно определить с помощью радиоактивных
распада, чтобы определить, сколько лет данной смеси атомов. Большинство
определенные возрасты, которые могут быть определены таким образом, — это возрасты, начиная с
затвердевание образцов горных пород.
Когда горная порода затвердевает, химические элементы часто разделяются на
различные кристаллические зерна в породе. Например, натрий и
оба кальция являются обычными элементами, но их химическое поведение отличается
совершенно разные, поэтому обычно натрий и кальций находятся в разных
зерна в дифференцированной породе.
Рубидий и стронций являются более тяжелыми элементами, которые ведут себя химически
очень похоже на натрий
и кальций. Таким образом, рубидий и стронций обычно находятся в разных
зерна в камне. Но Rb-87 распадается на Sr-87 с периодом полураспада
47 миллиардов лет. А есть еще изотоп стронция, Sr-86,
который не образуется при распаде рубидия. Изотоп
Sr-87 называется радиогенный , потому что он может быть получен
радиоактивный распад, а Sr-86 нерадиогенен.
Sr-86 используется для определения того, какая часть Sr-87 была произведена.
путем радиоактивного распада. Это делается путем построения отношения Sr-87/Sr-86.
по сравнению с соотношением Rb-87/Sr-86. Когда горная порода впервые образуется,
разное зерно имеет широкий диапазон соотношений Rb-87/Sr-86, но
Соотношение Sr-87/Sr-86 одинаково во всех зернах, так как химический состав
процессы, приводящие к дифференцированному зерну, не разделяют изотопы.
После того, как горная порода была твердой в течение нескольких миллиардов лет, часть
Rb-87 распадается на Sr-87. Потом Ср-87/Ср-86
отношение будет больше в зернах с большим отношением Rb-87/Sr-86.
Сделайте линейную подгонку

Sr-87/Sr-86 = a + b*(Rb-87/Sr-86)

б = 2 ^х - 1

Применительно к горным породам на поверхности Земли самыми древними являются горные породы.
около 3,8 млрд лет. Применительно к метеоритам, самым древним
им 4,56 миллиарда лет. Этот очень хорошо определенный возраст есть возраст
Солнечной системы. См. Talk.origins возраст
Часто задаваемые вопросы о Земле, чтобы узнать больше о возрасте Солнечной системы.

Применительно к смешанной и развивающейся системе, такой как газ в
Млечный Путь, большая точность невозможна. Одна проблема в том, что есть
нет химического разделения на зерна разных кристаллов, поэтому
абсолютные значения изотопных отношений должны использоваться вместо
наклоны линейной подгонки. Это требует, чтобы мы точно знали, сколько
каждого изотопа изначально присутствовал, поэтому точная модель элемента
производство нужно. Одна пара изотопов, которая была использована, это
рений и осмий: в частности Re-187, который распадается на Os-187 с
период полураспада 40 миллиардов лет. Похоже на 15% от оригинала
Re-187 распался, что приводит к возрасту 8-11 миллиардов лет. Но
это всего лишь средний возраст образования материи в Солнечной системе,
и за последние 4,56 миллиарда лет не производилось ни рения, ни осмия.
Таким образом, чтобы использовать этот возраст для определения возраста Вселенной, модель
когда элементы были сделаны. Если бы все элементы были сделаны в
взрыв вскоре после Большого взрыва, то возраст Вселенной будет
быть _о = 8-11 миллиардов лет.
Но если элементы изготавливаются непрерывно с постоянной скоростью, то
средний возраст вещества в Солнечной системе

(t _o + t _SS )/2 = 8-11 млрд лет

   t _o = 11,5-17,5 млрд лет

²³⁸ U и ²³² Th оба радиоактивны с периодом полураспада
4,468 и 14,05 млрд лет,
но урана в Солнечной системе недостаточно по сравнению с
ожидаемый коэффициент образования сверхновых. это не удивительно
с ²³⁸ U имеет более короткий период полураспада, а величина
разницы дает оценку возраста Вселенной.

Дофас (2005, Природа, 435, 1203)
объединяет Солнечную систему ²³⁸ U: ²³² Th отношение
с отношением, наблюдаемым в очень старых, бедных металлом звездах, чтобы решить
одновременные уравнения как для коэффициента производства, так и для возраста
Вселенной, получив 14,5 ^+2,8 _-2,2 млрд лет.

Очень интересная статья Коуэна и др. (1997, Ап.Дж., 480,
246) обсуждает содержание тория в старой звезде гало. Обычно это
невозможно измерить содержание радиоактивных изотопов в
другие звезды, потому что линии слишком слабые. Но в CS 22892-052
линии тория можно увидеть, потому что линии железа очень слабые.
Отношение Th/Eu (европий) у этой звезды составляет 0,219 по сравнению с 0,369.
сейчас в Солнечной системе. Торий распадается с периодом полураспада 14,05 млрд лет,
поэтому Солнечная система сформировалась с Th/Eu = 2 ^4,6/14,05 * 0,369 = 0,463.
Если CS 22892-052 образовался с тем же соотношением Th/Eu, то оно составляет 15,2 +/- 3,5.
Гыр старый. На самом деле он, вероятно, немного старше, потому что некоторые из
торий, который попал бы в Солнечную систему, распался до
Солнце сформировалось, и эта поправка зависит от истории нуклеосинтеза
Млечного Пути.
Тем не менее, это все еще интересная мера возраста
самые старые звезды, не зависящие от времени жизни на главной последовательности
метод.

Когда звезды сжигают водород в гелий в своих ядрах, они падают на
единственная кривая на графике светимость-температура, известная как H-R
схема имени ее изобретателей Герцшпрунга и Рассела.
Этот трек известен как основная последовательность, так как большинство звезд находится
там. Поскольку
светимость звезды меняется как M ³ или
M ⁴ , время жизни звезды
на главной последовательности изменяется как t=const*M/L=k/L ^0,7 .
Таким образом, если вы измерите светимость самой яркой звезды
на главной последовательности вы получаете верхний предел возраста кластера:

Возраст 0,7

Это верхний предел, поскольку отсутствие звезд ярче
наблюдаемое значение L(MS_max) может быть связано с отсутствием образования звезд в
соответствующий диапазон масс. Но для кластеров с тысячами членов
такой разрыв в функции масс очень маловероятен, возраст равен
к/л(МС_макс) ^0,7 .

Шабойе, Демарк, Кернан и Краусс (1996, Наука, 271, 957)
применить это
техника для
шаровые скопления
и найти, что возраст Вселенной
более 12,07 млрд лет с достоверностью 95%. Говорят, возраст
пропорциональна единице по светимости звезд RR Лиры, которые используются
для определения расстояний до шаровых скоплений.
Шабойер (1997)
дает наилучшую оценку 14,6 +/- 1,7 млрд лет для возраста шарового
кластеры.
Но недавние результаты Hipparcos показывают, что шаровые скопления дальше
дальше, чем считалось ранее, поэтому их звезды ярче.
Граттон и др.
др. дают возраст от 8,5 до 13,3 млрд лет, при этом 12,1 является наиболее вероятным,
в то время как Рид дает
в возрасте от 11 до 13 млрд лет, и
Шабойер и др.
др. дают 11,5 +/- 1,3 млрд лет для среднего возраста самого старшего
шаровидные скопления.

Белый карлик — это объект, вес которого примерно равен весу Солнца.
а только радиус Земли. Средняя плотность белого карлика
в миллион раз плотнее воды. Белые карлики формируются в
центры красных гигантов, но не видны до тех пор, пока не появится оболочка
красный гигант выбрасывается в космос. Когда это происходит, ультрафиолет
излучение очень горячего звездного ядра ионизирует газ и производит
планетарная туманность.
Оболочка звезды продолжает удаляться от
центральное ядро, и, в конце концов, планетарная туманность исчезает до
невидимость, оставив только очень горячее ядро, которое теперь стало белым
карлик.
белый Гном
звезды светятся только от остаточного тепла.
Самые старые белые карлики будут самыми холодными и, следовательно, самыми слабыми.
Путем поиска слабых белых карликов можно оценить продолжительность
самые старые белые карлики остывают.
Освальт, Смит, Вуд и Хинтцен (1996, Природа, 382, 692)
сделали это и получили возраст 9,5+1,1-0,8 млрд лет
для диска Млечного Пути. Они оценивают возраст Вселенной
который как минимум на 2 миллиарда лет старше диска, поэтому
t _o > 11,5 млрд лет .

возраста белых карликов в шаровом скоплении М4, получив
12,7 +/- 0,7 млрд. лет.
В 2004 году Хансен
и другие. обновили свой анализ, чтобы указать возраст M4
12,1 +/- 0,9 млрд лет, что очень согласуется с возрастом
шаровые скопления от поворота главной последовательности.
Если учесть время между Большим взрывом
и формирование шаровых скоплений (и его неопределенность)
подразумевает возраст Вселенной 12,8 +/- 1,1 млрд лет.

Method	Value [Gyr]	+Errorbar	-Errorbar
Elements	14.5	+2.8	-2.5
Old Stars	14.4	+2.2	— 2,2
ГК МСТО	12,2	+1,3	-1,3
Дисковые WD	11,5	+бесконечность	-1
GC WDS	12,8	+1,1	-1,1
среднего значения	12,94	+0,75	12,94	66,75	12,94	666,759	12,94	+0,75	. Руководство: Часть 1 \| Часть 2 \| Часть 3 \| Часть 4 Часто задаваемые вопросы \| Возраст \| Расстояния \| Библиография \| относительность © 1997-2012 Эдвард Л. Райт. Последнее изменение 27 декабря 2012 г. Гравитация оставалась постоянной на протяжении всей эпохи Вселенной, показало исследование: ScienceAlert Впечатление художника от римского космического телескопа Нэнси Грейс, названного в честь первого начальника отдела астрономии НАСА. (NASA) Уже более века астрономы знают, что Вселенная расширяется после Большого взрыва. В течение первых 8 миллиардов лет скорость расширения была относительно постоянной, поскольку она сдерживалась силой гравитации. Однако благодаря таким миссиям, как космический телескоп Хаббла, астрономы с тех пор узнали, что примерно 5 миллиардов лет назад скорость расширения увеличивалась. Это привело к широко распространенной теории о том, что за расширением стоит таинственная сила (известная как темная энергия), в то время как некоторые настаивают на том, что сила гравитации могла меняться с течением времени. Это спорная гипотеза, поскольку она означает, что общая теория относительности Эйнштейна (которая была подтверждена девятью способами с воскресенья) неверна. Но, согласно новому исследованию международной коллаборации Dark Energy Survey (DES), природа гравитации оставалась неизменной на протяжении всей истории Вселенной. Эти открытия были сделаны незадолго до того, как два космических телескопа нового поколения (Нэнси Грейс Роман и Евклид) были отправлены в космос для проведения еще более точных измерений гравитации и ее роли в космической эволюции. В DES Collaboration входят исследователи из университетов и институтов США, Великобритании, Канады, Чили, Испании, Бразилии, Германии, Японии, Италии, Австралии, Норвегии и Швейцарии. Их результаты третьего года работы были представлены на Международной конференции по физике элементарных частиц и космологии (COSMO’22), которая проходила в Рио-де-Жанейро с 22 по 26 августа. Они также были опубликованы в статье под названием «Результаты третьего года исследования темной энергии: ограничения на расширения лямбда-CDM со слабым линзированием и кластеризацией галактик», опубликованной в журнале Американского физического общества Physical Review D . Общая теория относительности Эйнштейна, которую он завершил в 1915 году, описывает, как искривление пространства-времени изменяется в присутствии гравитации. Более века эта теория точно предсказывала почти все в нашей Вселенной, от орбиты Меркурия и гравитационного линзирования до существования черных дыр. Но между 1960-ми и 1990-ми годами были обнаружены два несоответствия, которые заставили астрономов задаться вопросом, верна ли теория Эйнштейна. Во-первых, астрономы отметили, что гравитационные эффекты массивных структур (таких как галактики и скопления галактик) не согласуются с их наблюдаемой массой. Это породило теорию о том, что пространство заполнено невидимой массой, которая взаимодействует с «нормальной» (также известной как «светящаяся» или видимая) материей посредством гравитации. Между тем наблюдаемое расширение космоса (и то, как оно подвержено ускорению) породило теорию темной энергии и космологическую модель лямбда-холодной темной материи (лямбда-CDM). Холодная темная материя — интерпретация, в которой эта масса состоит из больших медленно движущихся частиц, а лямбда представляет собой темную энергию. Теоретически эти две силы составляют 95 процентов всей массо-энергетической составляющей Вселенной, однако все попытки найти прямые доказательства их существования потерпели неудачу. Единственная возможная альтернатива состоит в том, что Relativity необходимо изменить, чтобы учесть эти несоответствия. Чтобы выяснить, так ли это, члены DES использовали 4-метровый телескоп Виктора М. Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Телоло в Чили для наблюдения за галактиками на расстоянии до 5 миллиардов световых лет. Они надеялись определить, менялась ли гравитация за последние 5 миллиардов лет (с момента начала ускорения) или на космических расстояниях. Они также сверялись с данными других телескопов, включая спутник ESA Planck, который с 2009 года составляет карту космического микроволнового фона (CMB). ). Как показало первое изображение, полученное космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), ученые могут сделать вывод о силе гравитации, анализируя степень, в которой гравитационная линза искажает пространство-время. К настоящему времени сотрудники DES Collaboration измерили форму более 100 миллионов галактик, и все наблюдения соответствуют предсказаниям общей теории относительности. Хорошая новость заключается в том, что теория Эйнштейна по-прежнему верна, но это также означает, что тайна темной энергии пока сохраняется. К счастью, астрономам не придется долго ждать появления новых и более подробных данных. Во-первых, это миссия ЕКА «Евклид», которую планируется запустить не позднее 2023 года. Эта миссия нанесет на карту геометрию Вселенной, заглянув в прошлое на 8 миллиардов лет, чтобы измерить влияние темной материи и темной энергии. К маю 2027 года к нему присоединится космический телескоп NASA Nancy Grace Roman, который будет оглядываться назад более чем на 11 миллиардов лет. Это будут самые подробные космологические исследования из когда-либо проводившихся, и ожидается, что они предоставят наиболее убедительные доказательства в пользу (или против) модели Lambda-CDM. Как сообщила в недавнем пресс-релизе НАСА соавтор исследования Аньес Ферте, проводившая исследование в качестве докторанта в JPL: «Все еще есть возможность бросить вызов теории гравитации Эйнштейна, поскольку измерения становятся все более и более точными. Но нам еще многое предстоит сделать, прежде чем мы будем готовы к Евклиду и Роману. Поэтому важно, чтобы мы продолжали сотрудничать с учеными по всему миру. миру по этой проблеме, как мы сделали с Исследованием темной энергии». Кроме того, наблюдения Уэбба за самыми ранними звездами и галактиками во Вселенной позволят астрономам наметить эволюцию космоса с самых ранних периодов. Эти усилия могут дать ответ на некоторые из самых насущных загадок во Вселенной. Они включают в себя то, как Относительность и наблюдаемая масса и расширение Вселенной совпадают, но также могут дать представление о том, как взаимодействуют гравитация и другие фундаментальные силы Вселенной (описываемые квантовой механикой) — Теория всего (ToE). Если и есть что-то, что характеризует нынешнюю эру астрономии, так это то, как долгосрочные исследования и инструменты нового поколения объединяются для проверки того, что до сих пор было теоретическим материалом. Потенциальные прорывы, к которым они могут привести, наверняка нас порадуют и озадачат. Post navigation ← Установка нагнетателя на атмосферный двигатель: Как установить компрессор на атмосферный двигатель? Пошаговое руководство Комета чурюмова герасименко фото: 70 000 снимков кометы Чурюмова-Герасименко → Двигатель Наук Планета Разное Советы Старое © 2021 Scientific World — научно-информационный журнал