Ученые рассчитали точный возраст Вселенной
Группа ученых из США и Великобритании уточнила значение постоянной Хаббла, который используют в расчете возраста Вселенной. Для этого за основу был взят принципиально новый метод вычислений. Результаты исследования появились в журнале Astronomical Journal.
На сегодняшний день для расчета времени Большого взрыва, который породил Вселенную, ученые прибегают к компьютерному моделированию. Оно основано на удаленности старейших звезд, а также поведении галактик и скорости расширения Вселенной.
Одним из основных параметров расчета является постоянная Хаббла (скорость расширения Вселенной). Она была названа в честь ученого Эдвина Хаббла, который впервые рассчитал скорость расширения Вселенной в 1929 году.
Американские и британские физики прибегли к новому методу, не зависящему от коэффициента Хаббла. Они решили использовать вместо этого эмпирические наблюдения зависимости Талли — Фишера, которые связывают массу или светимость спиральной галактики со скоростью ее вращения.
Физики, знавшие точные расстояния до 50 галактик, сумели определить удаленность еще 95. Кроме того, они рассчитали точные значения коридора отношений Талли — Фишера. Благодаря уточненным массам и скоростям вращений галактик ученые математическим путем получили возраст и скорость расширения Вселенной.
По выводам исследователей, постоянная Хаббла составляет 75,1±2,3 километра в секунду на мегапарсек, а возраст Вселенной — приблизительно 12,6 миллиарда лет.
Источник
Новый метод уточняет постоянную Хаббла и возраст Вселенной
Подходы к датировке Большого взрыва, породившего вселенную, опираются на математику и вычислительное моделирование, используя оценки расстояний самых старых звезд, поведение галактик и скорость расширения Вселенной
Используя известные расстояния в 50 галактик для уточнения вычислений по константе Хаббла, исследовательская группа во главе с астрономом Университета Орегона оценила возраст Вселенной в 12,6 миллиарда лет.
Подходы к датировке Большого взрыва, породившего вселенную, опираются на математику и вычислительное моделирование, используя оценки расстояний самых старых звезд, поведение галактик и скорость расширения Вселенной. Идея состоит в том, чтобы вычислить, сколько времени потребуется, чтобы все объекты вернулись в начало.
Ключевым расчетом для датирования является постоянная Хаббла, названная в честь Эдвина Хаббла, который впервые рассчитал скорость расширения Вселенной в 1929 году.
Другой недавний метод использует наблюдения остатка излучения Большого взрыва. Он отображает неровности и колебания в пространстве-времени – космический микроволновый фон или CMB – и отражает условия в ранней вселенной, заданные постоянной Хаббла.
Тем не менее, методы приходят к различным выводам, сказал Джеймс Шомберт, профессор физики в UO. В статье, опубликованной в Astronomical Journal, он и его коллеги раскрывают новый подход, который перекалибрует инструмент измерения расстояния, известный как барионное отношение Талли-Фишера, независимо от постоянной Хаббла.
«Проблема масштаба расстояний, как известно, невероятно трудна, потому что расстояния до галактик огромны, а указатели их расстояний слабы и их трудно калибровать», – сказал Джеймс Шомберт.
Ученые пересчитали подход Тулли-Фишера, используя точно определенные расстояния в линейном вычислении 50 галактик в качестве ориентиров для измерения расстояний до 95 других галактик.
Они отметили, что вселенная управляется рядом математических структур, выраженных в уравнениях. Новый подход более точно учитывает кривые массы и вращения галактик, чтобы превратить эти уравнения в числа, такие как возраст и скорость расширения.
Подход ученых определяет постоянную Хаббла – скорость расширения Вселенной – в 75,1 километра в секунду на мегапарсек, плюс-минус 2.3. Мегапарсек, общая единица измерения космического пространства, равна миллиону парсек. Парсек составляет около 3,3 световых года.
Все значения постоянной Хаббла ниже 70, говорят исследователи, можно исключить с 95-процентной степенью достоверности.
По словам Джеймса Шомберта, традиционно используемые методы измерения за последние 50 лет установили значение 75, но CMB вычисляет показатель 67. Метод CMB, хотя и использует различные допущения и компьютерное моделирование, все же должен прийти к той же оценке, сказал он.
Расчеты, сделанные из наблюдений космического аппарата «Wilkinson Microwave Anisotropy Probe” в 2013 году, определяют возраст Вселенной в 13,77 миллиарда лет, что на данный момент представляет собой стандартную модель космологии Большого взрыва.
Отличающиеся постоянные значения Хаббла от различных методов обычно оценивают возраст вселенной между 12 миллиардами и 14,5 миллиардами лет.
Новое исследование, частично основанное на наблюдениях, проведенных с помощью космического телескопа Спитцера, добавляет новый элемент к тому, как можно установить расчеты для достижения постоянной Хаббла, введя чисто эмпирический метод, используя прямые наблюдения, чтобы определить расстояние до галактик.
James Schombert et al, Using the Baryonic Tully–Fisher Relation to Measure H o, The Astronomical Journal (2020). DOI: 10.3847/1538-3881/ab9d88
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Как посчитать возраст Вселенной?
Очень часто в комментариях к нашим статьям люди оспаривают возраст Вселенной и предлагают в альтернативу самые разные цифры, поэтому я решил написать статью о том, какие ещё есть оценки возраста Вселенной и почему основной считается оценка в 13,8 млрд лет.
Существует несколько различных методов, по которым оценивают возраст Вселенной. Среди них: изучение древнейших объектов во Вселенной; оценка возраста с помощью космологических моделей основанных на постоянной Хаббла и множество других. Разные методы дают существенно разные оценки возраста Вселенной, мы рассмотрим наиболее интересные из них.
Оценка по радиоактивным элементам.
Из-за нестабильности ядер многие химические элементы и их изотопы, распадаются со временем. Скорость этого распада может быть использована для датировки многих объектов и явлений в природе, включая возраст самой Вселенной. Тяжёлые радиоактивные элементы во Вселенной образовывались при взрывах сверхновых и нейтронных звёзд. Для того чтобы оценить по ним возраст Вселенной, мы должны рассчитать возраст радиоактивных образцов методами радиоизотопной датировки и сложить его с возрастом сверхновой первого поколения, из которой эти образцы образовались. Если добавить к этому ещё и время образования самой звезды, примерно 1 миллиард лет, мы получим оценку возраста Вселенной в диапазоне от 11 до 18 млрд лет. Однако, наличие большого количества источников радиоактивных элементов и невысокая точность определения изотопного состава на таких расстояниях делает этот метод неточным.
Оценка по древнейшим шаровым скоплениям звёзд.
Шаровые скопления — это плотные, похожие на улей конгломерации звёзд, расположенные на внешних краях нашей Галактики, они являются древнейшими объектами во Вселенной. Их возраст определяют по теории звёздной эволюции, рассчитывая возраста звёзд, входящих в скопление, и находя самые старые звёзды в скоплении. В зависимости от процентного содержания тяжёлых элементов шаровые скопление разделяют на два типа: богатые металлами и бедные. Возраст скоплений с малым содержанием металлов, таких как M15 и M92, оценивается до 17 миллиардов лет, тогда как для скоплений более богатых металлами они колеблется в диапазоне от 11 до 12 млрд лет.
Если предположить, что древнейшим из шаровых скоплений около 17 миллиардов лет, мы можем сделать вывод, что Вселенной около 18 млрд лет, если учесть ещё 1 млрд лет, необходимых для образования первых звёзд и скоплений.
Проблемой данного метода является невозможность учесть перетекания вещества со звезды на звезду в прошлом, что может существенно влиять на оценку возраста звезды.
Оценка по белым карликам.
Белый карлик — это ядро звезды, оставшееся после сброса оболочки. Средняя плотность карлика в миллион, а иногда и в миллиард раз больше, чем у воды. Белые карлики светятся только за счёт остаточного тепла, накопленного ещё до сброса оболочки и соответственно со временем их температура уменьшается, а сам карлик будет становиться более тусклым. Зная, как образуются белые карлики и анализируя температуру, химический состав и размер белого карлика можно оценить продолжительность времени, в течение которого он остывал. Таким образом, учёные оценили возраст Млечного Пути в 9,5 ± 1,1 млрд лет, а на формирование нашей галактики ушло ещё около 2 млрд лет, в итоге возраст Вселенной оценивается в 11,5 ± 1,1 млрд лет. Однако, другие исследования использовавшие белые карлики в звёздных скоплениях оценили возраст Вселенной в 12,8 ± 1,1 млрд лет.
Проблемой данного метода является неточность в оценке времени формирования галактики и проблемы в обнаружении старых белых карликов из-за их тусклости, возможно, мы просто ещё не нашли более старые карлики.
Оценка по реликтовому излучению.
Данный метод является наиболее точным и одним из наиболее сложных на сегодняшний день. Дело в том, что реликтовое излучение, сформированное вскоре после большого взрыва, имело определённые известные длины волн, со временем, за счёт расширения Вселенной, эти волны растягивались и их длина соответственно возрастала. Фиксируя современные длинны волн реликтового излучения, зная скорость расширения Вселенной в настоящем и анализируя её в прошлом (очень непростая задача) мы можем рассчитать сколько времени ушло на такое растяжение волн, а значит как давно они были излучены.
Но реликтовое излучение сформировалось не сразу после большого взрыва, как оказалось, их разделяет 379 тыс. лет. Это удалось определить благодаря анализу интенсивности этого излучения с разных участков неба, которые показали насколько успела сгуститься материя во Вселенной к моменту образования реликтового излучения.
В 2012-м году, по данным телескопа WMAP, возраст Вселенной оценили в 13,772 миллиарда лет с погрешностью в 59 миллионов лет, а в 2013-м, по данным Planck, в 13,82 млрд лет. Согласно современным данным, возраст Вселенной составляет 13.798 ± 0.037 млрд лет.
Автор: Алексей Нимчук. Редакция: Фёдор Карасенко.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon .
Источник
Постоянная Хаббла и возраст Вселенной
Каков возраст Вселенной? После многолетних ожесточенных споров некоторые астрономы пришли к выводу, что они установили это число — с точностью примерно 10 %. По их оценкам, Вселенной или около 12, или около 13,5 миллиарда лет. Первая цифра означает, что Вселенная будет расширяться вечно, но все медленнее и медленнее, а вторая — что какая-то таинственная сила ускоряет расширение Вселенной (см. раздел «Темная энергия: расширение ускоряется?» выше в этой главе) [39] .
Насколько быстро движутся галактики?
Оценки возраста Вселенной в значительной степени зависят от числа, которое занимало астрономов в течение десятилетий, — это постоянная Хаббла, представляющая собой скорость расширения Вселенной в настоящее время. Поиски этого числа начались в 1929 году, когда астроном Эдвин Хаббл обнаружил доказательства того, что мы живем в расширяющейся Вселенной. В частности, он сделал замечательное открытие: все далекие галактики (находящиеся за пределами Местной Группы Галактик, о которой говорилось в главе 12), похоже, удаляются от нашей родной галактики, Млечного Пути.
При этом Хаббл обнаружил, что чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется. Представим, например, две галактики, одна из которых в 2 раза дальше от Млечного Пути, чем другая. Так вот: галактика, которая в 2 раза дальше, удаляется в 2 раза быстрее. (По общей теории относительности Эйнштейна сами галактики не движутся; расширяется ткань пространства, в которую они включены.) Это соотношение называется законом Хаббла.
Коэффициент, связывающий расстояние до галактики со скоростью ее удаления, называется постоянной Хаббла и обозначается Н0. Другими словами, скорость удаления галактики равна H0, умноженной на расстояние до галактики. Таким образом, Н0 выражает собой степень скорости расширения Вселенной и, следовательно, определяет ее возраст.
Постоянная Хаббла измеряется в километрах в секунду на мегапарсек. (Один мегапарсек равен 3,26 миллиона световых лет.) После многолетних исследований астрономам с помощью телескопа «Хаббл» (обсерватория, находящаяся на орбите Земли и названная в честь Эдвина Хаббла) недавно удалось установить значение постоянной Хаббла. Они сообщили, что она примерно равна 70 (км/с)/Мпс. Это означает, что галактика, находящаяся на расстоянии примерно 30 мегапарсеков (около 100 миллионов световых лет) от Земли, удаляется от нас со скоростью 2100 км/с.
Непостоянная постоянная?
Но постоянная Хаббла на самом деле может вовсе и не быть постоянной. Причины этого следующие: взаимное гравитационное притяжение галактик могло замедлить расширение, которое началось после Большого Взрыва, или какая-то таинственная космическая энергия недавно его ускорила. Скорость расширения в прошлом могла быть другой. Аналогично, величина, обратная постоянной Хаббла, (т. е. 1/H0), — так называемый хаббловский возраст (Hubble age) — может указывать на возраст Вселенной, если с момента Большого Взрыва скорость расширения была постоянной.
Ученые вычисляют величину Н0 делением скорости движения галактик на расстояние до них. Скорость получить просто: астрономы анализируют длины световых волн, излучаемых или поглощаемых галактикой. Свет от объекта, который удаляется от Земли, смещается в красную область спектра, т. е. в область больших длин волн. Чем больше красное смещение, тем быстрее удаляется от нас галактика.
А вот измерить расстояние до галактики гораздо труднее.
Чтобы точно измерить скорость расширения Вселенной, астрономы должны оценить расстояние до очень отдаленных галактик, находящихся на расстоянии 600 миллионов (или больше) световых лет от Земли. На меньших расстояниях расширению частично противодействует гравитационное притяжение галактик, которые находятся сравнительно недалеко от Млечного Пути.
Но у астрономов нет абсолютно надежного способа непосредственного измерения расстояний до отдаленных галактик. Вместо этого им приходится довольствоваться разнообразными косвенными методами. Делая калибровку расстояния до соседних галактик, а затем двигаясь дальше, шаг за шагом, к более отдаленным галактикам, астрономы постепенно, по кусочкам, составляют «измерительную линейку» для Вселенной.
Источник