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
Откуда мы знаем возраст Вселенной?
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».
Источник
Каков возраст вселенной?
По теории «Большого взрыва» (Big BANG) 12- 18 млрд. лет назад из «точки» образовалась материя, массой равной массе Вселенной. Она имела запредельную плотность вещества и давления, и начала расширяться с большой скоростью. Через 1 микросекунду ее диаметр был павен диаметру Грейпфрута. На этой стадии фотоны и кварки были неразделимы из- за большой плотности материи и размерность этого шара была 128- измерений ( у нас сейчас- 3 с половиной, называется 4- мерное «пространство- время»). Затем, плотность падала из- за расширения, и фотоны отделились от «тяжелого» вещества в том смысле, что нейтрино смогли улетать вдаль со «скоростью света», а тяжелая материя — со средней скоростью расширения «основной сферы» взрыва ( медленнее, чем свет) . » И отделил Господь свет от тьмы, и увидел, что это хорошо. «
Источник гипотезы большого взрыва- расширение Вселенной до сих пор, по скорости которого оценили, когда это могло начаться. Главная сложность оценок — масса нейтрино. Это особые частицы, проходят сквозь всю Землю насквозь со скорость света ( 300 000 км в сек. ) как через пустое место (почти) . От их массы зависит оценка массы всей Вселенной, и т. д.
На эту тему можно найти много популярных книжек.
По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла 13,7 ± 0,2 млрд лет назад из некоторого начального «сингулярного» состояния с гигантскими температурой и плотностью и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается.
Международная группа ученых-астрофизиков утверждает, что возраст Вселенной составляет 14,1 млрд лет. К такому выводу исследователи пришли на основании многочисленных данных, собранных при реализации масштабного проекта создания трехмерной карты звездного неба.
Работы велись с 1999 года в американской обсерватории в штате Нью-Мексико с помощью мощного «астрономического сканнера» — телескопа SDSS. Были полученные сведения о 200 тыс. космических объектах, удаленных от Земли на 2 млрд световых лет.
Ранее американское Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) также опубликовало свою оценку «вселенского возраста», который по их мнению, равен 13,7 млрд лет. Для своих исследований NASA использовала новейший зонд микроволновой анизотропии, «подвешенный» на расстоянии 1,5 млн км от Земли, где силы притяжения планеты и Солнца взаимно уравновешиваются.
Эта космическая лаборатория зафиксировала флуктуации так называемого реликтового излучения, родившегося спустя «мгновения» — примерно 400 тыс. лет — после Большого взрыва, в котором возникла наша Вселенная.
Разница между исследованиями Международной группы и американского Национального управления NASA всего 400 млн лет
Источник