Как ученые подсчитали возраст вселенной

Сколько лет Вселенной? Отвечает новое исследование

В настоящее время принято считать, что возраст Вселенной составляет около 13,8 млрд лет, но точнее определить эти цифры не так-то просто. Необходимо выполнить несколько ключевых расчетов и сравнить их друг с другом. Из-за разных подходов к этим расчетам результат тоже может различаться, что вызывает сомнение в его точности.

Дата Большого взрыва, породившего Вселенную, ранее рассчитывалась математическим методом при помощи компьютерного моделирования с использованием оценки расстояния до самых старых звезд, поведения галактик и скорости расширения Вселенной.

Поскольку Вселенная расширяется с большой скоростью, то чем дальше объект находится, тем быстрее он удаляется от нас. Расстояние до объекта со скоростью его удаления связывает постоянная Хаббла — именно этот коэффициент и использовали в качестве ключевого фактора в новом исследовании для определения точного возраста Вселенной. Постоянная Хаббла названа так в честь Эдвина Хаббла, тезки космического телескопа Хаббла, который впервые рассчитал скорость расширения Вселенной в 1929 году.

Идея нового исследования, проведенного учеными из Университета Орегона, состояла в том, чтобы вычислить, сколько времени потребуется всем объектам, чтобы вернуться в начало. Для этого нужно определить, насколько быстро объекты удаляются от нас — тогда можно вычислить момент логического начала этого процесса, Большого взрыва.

Новое исследование утверждает, что Вселенная моложе почти на миллиард лет, а прежние расчеты были неточными

Исследователи из Университета Орегона нанесли на карту расстояния до десятков других галактик. Они использовали новый подход, перекалибровав инструмент для измерения расстояний, известный как барионное соотношение Талли-Фишера, которое не зависит от постоянной Хаббла. Они взяли расстояния до 50 галактик, частично определенные с помощью космического телескопа «Спитцер», и использовали их для оценки расстояний до 95 других галактик.

По словам авторов исследования, такой подход лучше учитывает кривые массы и вращения галактик, чем данные, которые ранее использовались для уравнений, определяющих начало Большого Взрыва. Таким образом ученые смогли более точно вычислить постоянную Хаббла и, соответственно, возраст Вселенной.

В результате астрономы установили постоянную Хаббла, равную 75,1 (км/с)/Мпк. Это означает, что галактика, удаленная от Земли на один мегапарсек (примерно 3,3 млн световых лет), удаляется от нас со скоростью 75,1 км каждую секунду.

На основе новых данных исследователи подсчитали, что возраст Вселенной составляет всего 12,6 млрд лет, что намного меньше общепринятой цифры 13,8 млрд лет. И новый результат существенно выходит за пределы приемлемой для прежних вычислений погрешности. Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal.

Что интересно, при этом исследования, основанные на измерении реликтового излучения, в результате определяют, что Вселенной все-таки около 13,8 млрд лет, а постоянная Хаббла равно примерно 67 км/с/Мпк. Но исследование команды из Орегона говорит, что все значения постоянной Хаббла ниже 70 могут быть исключены с 95-процентной вероятностью.

Источник

Возраст Вселенной

Современные учёные выяснили, что возраст Вселенной составляет 13,8 миллиарда лет (с погрешностью до 0,3 млрд в сторону увеличения и уменьшения). Понятие подразумевает период времени от первых расширений Галактики до нынешних дней. Способов определения указанного значения существует несколько.

Первые изучения

Ещё в античные времена философов интересовал возраст Вселенной. Греческие и вавилонские пророки убеждали человечество в вечности мироздания, индуисты указали относительно точную дату – 1 972 949 091 лет (150-й год до н.э). В кругу тогдашних современников они оказались недалёки от истины.

Теолог из Британии Дж. Лайтфут в 17 столетии провёл глубокий анализ библейских текстов, сделав вывод, что создание мира началось в 3929 году до н.э. Учёные того периода, включая Ньютона, Кеплера, опирались также на астрономические исследования, пришли к похожим выводам (3990 лет до н.э с погрешностью до 10 лет).

Определение срока существования Земли

Активно выяснять возраст Вселенной люди начали во второй половине XVIII века. Француз Жорж-Луи Лекрерк оценил период, требуемый для уменьшения температуры планеты со времени её образования до сегодняшнего параметра (до 168 тысяч лет). Его выводы базировались на физических конструкциях, в которых Земля позиционировалась, как раскалённая шарообразная субстанция.

Ирландский инженер Дж. Пери в 1895 г. провёл собственные расчёты, получил цифру 3 млрд лет, годом позже А. Беккерель вывел определение радиоактивности, ещё через 9 лет учёный из Британии Э. Резерфорд разработал способ оценки давности земных пород, используя систему изотопного распада. Суть идеи состояла в том, чтобы выяснить, какой сегмент изотопа успел распасться, применяя значимые периоды полураспада, в результате вычисляя возраст исследуемого образца. Базовые способы радиоизотопного датирования создал радиохимик из США Б. Боллтвуд. Метод позволил выяснить в 20-х годах прошлого столетия, что многие минеральные объекты существуют не менее 2-х млрд. лет.

Белые карлики

На финальной стадии жизни большинство звёзд остывают длительное время. Вычислив основные параметры светила, можно рассчитать его первоначальную температуру, интенсивность остывания. На базе этой информации несложно вычислить возраст белого карлика. Известный телескоп «Хаббл» способствовал совершению множества открытий, включая обнаружение самых холодных звёзд в мире.
Они существовали не менее 11-12 млрд лет. Прибавив к этим параметрам, время на образование светил, получили минимальный возраст Вселенной. Предельный показатель связан с отсутствием менее разогретых светил. Если бы мироздание было старше, учёным удалось бы обнаружить соответствующие объекты.

Старые звёздные образования

В этом направлении отмечают несколько важных моментов:

В Млечном Пути насчитывается свыше 160 шарообразных звёздных скоплений, количество светил в которых составляет сотни тысяч штук.
Подобные звезды сопряжены гравитацией, скорее всего, получены из одного газового облака.
Большая часть таких образований сформировалась в одинаковый временной период.
В зависимости от габаритов и особенностей строения, у каждой звезды сложился собственный эволюционный путь (некоторые так и остались на этапе белого карлика).
Выяснив длительность жизни каждого элемента в скоплении, можно с максимальной точностью выяснить возраст Вселенной.

Телескопическая система «Хаббл» помогла астрономам провести анализ 41 шарообразного объекта Млечного Пути. Это позволило выяснить, что все образования Галактики старше 10 млрд лет, самые древние – более 12,7 млрд. С учётом формирования светил, нижний рубеж Вселенной находится в пределах 13 млрд лет.

Измерения по Хабблу

Вопросом мироздания активно занимался учёный из США Э. Хаббл, в честь которого и назвали космический телескоп. Астроном вывел формулу v = HxD, где:

v – скоростное расширение;
D – дистанция от Вселенной до исследователя;
H – постоянная Хаббла, обратно пропорциональная временным показателям.

Об актуальности последнего параметра, определяющего зависимость между дистанцией до точки и скоростью её удаления, высказал предположение бельгийский астроном Ж. Леметр. Его идея основана на том, что мир создавался из одного условного атома, расширяясь со временем (теория Большого Взрыва).

В 1929 году Хаббл точнее рассчитал указанную величину, это даёт право утверждать, что возраст Вселенной напрямую зависит от упомянутой постоянной. Используя модель Галактики, учёные сделали вывод, что для расчётов необходимо параметр, обратно пропорциональный величине Хаббла, умноженный на 2/3. При этом искомый показатель составит порядка 1,2 млрд лет, который приближен к значению, выведенному индуистами в 150-м году до н.э. Только к концу прошлого столетия получили астрономические расчёты, свидетельствующие о возрасте не менее 13 млрд лет.

Было установлено, что причины ошибочной оценки в ложном представлении о расширении Галактики. Две команды учёных-астрономов смогли в 1999 году доказать, что последние 6 миллиардов лет космическое пространство расширяется ускорено, без замедления (как считалось ранее). Современные расчёты позволили вывести возраст Вселенной 13,8 млрд (с погрешностью до 0,037 лет).

Реликтовое излучение

Летом 2001 года NASA запустила космический аппарат WNAP, ориентированный на изучение микроволнового излучения. По результатам исследований была составлена обновлённая карта распределения реликтовых импульсов, разрешение которой в 35 раз больше, чем у предыдущего аналога. После анализа схемы, кроме насыщенной центральной полосы Млечного Пути, становится заметным распределение микроволн за его границами. Видимые неоднородные тела формируют пятнистую, неравномерную конфигурацию. Тщательное исследование указанной структуры позволяет точно определить период, необходимый для её создания. Показатель составляет 13,7 млрд лет (плюс/минус 0,2 млрд.). Выводы дают возможность точно выяснить возраст Галактики, что способствует пониманию мироздания в целом.

Большой Взрыв

Для выяснения возрастных параметров Вселенной необходимо понимать – она расширяется и остывает, с учётом факта, что в прошлом Галактика была плотнее, горячее. В древнейшие времена Вселенная имела меньший объём, а длины фотоновых частиц – были короче. До нынешнего значения последние элементы растянулись за счёт расширения пространства. Энергию и температуру фотона определяет его длина. Чем дальше возвращаться по времени, тем выше будут показатели, пока не достигнут стадии Большого Взрыва.

В соответствии с законами теории относительности, Вселенная типа нашей, обладает:

однородной плотностью, независимо от масштабов;
идентичными свойствами во всех местах;
одинаковыми характеристиками в любых направлениях;
возникновением большого Взрыва одновременно в каждой точке.

Имеется уникальное взаимодействие между возрастом Галактики и её расширением в период эволюции. Если была бы возможность измерить последний показатель, с учётом величины, на которую Вселенная расширилась до настоящего времени, человечество точно бы знало, из каких компонентов формировалось мироздание.

Источник

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.

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.

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.

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:

Прямые измерения яркости и расстояния до объектов во Вселенной вроде звезд, галактик и сверхновых, которые позволили нам выстроить линейку космических расстояний.
Измерения крупномасштабной структуры, кластеризации галактик и барионных акустических колебаний.
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.

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.

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.

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.

Источник