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
Разбор тренировочного задания
1. Учёные считают, что возраст Вселенной составляет примерно:
4) 1500 млрд лет.
Решение.
Возраст Вселенной можно рассчитать, используя закон Хаббла:
Ответ:2) 13 млрд лет.
2.Влияет ли космологическое расширение Метагалактики на расстояние Земли
2) до центра Галактики;
3) до галактики М31 в созвездии Андромеды;
4) до центра местного сверхскопления галактик?
Решение.
В космологическом расширении не участвуют гравитационно связанные системы (Солнечная система, галактика, скопления галактик). Поэтому в первых трех случаях космологическое расширение не влияет на расстояния между Землей и указанными объектами.
Ответ: 1), 2), 3) – не влияет.
v Основы современной космологии https://vk.com/videos-76750782?section=album_14&z=video64163330_456239030%2Fclub76750782%2Fpl_-76750782_14
V Физика 11 класс (Урок№35 — Вселенная.)
v Урок 2 астрномия Основы современной космологии https://www.youtube.com/watch?time_continue=132&v=Ox5ALw-kFDw&feature=emb_logo
Домашнее задание:§ 35,
Задание(сделать письменно): Продолжите предложения, выбрав правильный ответ
1.Согласно закону Хаббла. 1) вселенная расширяется 2) размеры Вселенной не изменяются 3) вселенная сжимается 4) размеры Вселенной меняются по гармоническому закону
2.Впервые термин «Большой взрыв» применил. 1) Альберт Эйнштейн 2) Стивен Хокинг 3) Эдвин Хаббл 4) Фред Хойл
3.Возраст Вселенной был подсчитан учёными в предположении, что. 1) вселенная сначала сужалась, теперь расширяется 2) вселенная сужается с момента своего рождения 3) вселенная расширяется с момента своего рождения 4) вселенная сначала расширялась, теперь сужается
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
Как ученые рассчитали возраст Вселенной?
Возраст Вселенной определяется как время с того момента, когда она начала расширяться, до наших дней. В отличие от объектов с гораздо более коротким сроком жизни, счет идет не на дни, месяцы и даже не на годы и столетия, а на миллионы и миллиарды лет.
На сегодняшний день считается, что нашей Вселенной 13,75±0,13 миллиардов лет. Как видим, присутствие допущения «плюс-минус» говорит о том, что с полной уверенностью назвать эту цифру невозможно.
Как истинная дама, вселенная избегает точного указания на свой возраст ))
Ну это так, шутка, а на самом деле вопрос действительно очень не простой.
Ученые при своих подсчетах используют разные методы вычислений.
- Определение возраста скоплений звезд. Этот метод дает самую большую разбежку, по таким подсчетам нашей Вселенной от 6 до 25 миллиардов лет.
- Определение возраста так называемых «белых карликов», тут не обойтись без космического телескопа Хаббл. Речь идет о возрасте в 12-13,4 миллиарда лет.
- Наблюдение за объектами, состоящими из первичной субстанции – так называемый «первичный бульон». Было проведено два независимых подсчета и результаты оказались похожими: 12,3-18,7 миллиардов лет или 11,7-16,7 миллиардов.
- Считающийся на сегодняшний день самым точным метод, основанный на учете свойств фотонов и наличия чёрной материи. Вот как раз по этому методу и насчитали срок в 13,75миллиардов лет с возможной погрешностью в любую сторону в 0,13 миллиардов лет. Называется этот способ расчёта «Современная космологическая модель» (на английском «Lambda-Cold Dark Matter», сокращенно «Лямбда-СиДиЭм»). В этой модели была учтена скорость расширения Вселенной, которую назвали «постоянная Хаббла». Произошло это в 2013 году и с тех пор пока никакого более точного метода ученые не предложили.
Источник
Спросите Итана №99: откуда нам известен возраст Вселенной?
Юность – подарок природы, а старость – произведение искусства.
— Станислав Ежи Лец
Каждую неделю в нашем блоге освещаются чудеса Вселенной. У вас есть возможность отправлять вопросы и предложения в еженедельную колонку «Спросите Итана», и периодически я выбираю один из вопросов, чтобы ответить на него. Сегодняшний вопрос не только получит ответ от Итана – он и задан будет Итаном, только по фамилии Барбур, который спрашивает:
У меня вопрос по астрономии, по сути такой: сколько существует независимых способов измерения возраста вселенной?
Я бы с удовольствием сообщил вам, что таких способов великое множество, и все они указывают на возраст в 13,8 миллиарда лет, точно так же, как существует множество доказательств существования тёмной материи. Но на самом теле их только два, причём один сильно лучше другого.
«Хороший» способ предлагает подумать о том, что в наше время Вселенная расширяется и охлаждается, и понять, что из этого следует, что в прошлом она была горячее и плотнее. Если мы отправимся в прошлое, во всё более ранние времена, то мы обнаружим, что при меньшем объёме Вселенной частицы материи в ней были не только ближе друг к другу, но и длины волн фотонов были короче, поскольку расширение Вселенной растягивало их до такого состояния, в каком мы их видим сегодня.
Поскольку длина волны фотона определяет его энергию и температуру, фотон с меньшей длиной волны более энергичный и горячий. Перемещаясь назад во времени, мы видим повышение температуры, и в какой-то момент достигаем ранних фаз Большого взрыва.
Это важно: существует «самая ранняя» стадия Большого взрыва!
Если мы будем экстраполировать назад бесконечно, мы дойдём до сингулярности, где физика перестаёт работать. Наше современное понимание ранних фаз Вселенной даёт нам понять, что Большому взрыву предшествовала фаза инфляции, и длительность этого состояния не определена.
Говоря о возрасте Вселенной, мы говорим о времени, прошедшем с тех пор, как Вселенную впервые стало возможно описывать через горячий Большой взрыв, и до сегодняшнего дня.
По законам Общей теории относительности, в нашей Вселенной, в которой:
• плотность на крупнейших масштабах равномерна,
• везде действуют одинаковые законы и общие свойства,
• вне зависимости от выбранного направления везде всё одинаково,
• Большой взрыв случился везде одновременно,
существует уникальная связь между её возрастом и расширением всё время её существования.
Иначе говоря, сумев измерить, как расширяется Вселенная сейчас, и как она расширялась в течение своей жизни, мы узнаем, из чего она состоит. Мы можем узнать это через множество наблюдений, включающих:
• Прямые измерения яркости и расстояния до объектов Вселенной, таких, как звёзды, галактики, сверхновые, что позволяет нам построить лестницу космических расстояний.
• Измерение крупномасштабных структур, скоплений галактик, и барионных акустических осцилляций.
• Измерение флюктуаций реликтового излучения, «фотографию» Вселенной, сделанную в возрасте 380 000 лет.
Если сложить всё это вместе, то мы получим Вселенную, состоящую сегодня на 68% из тёмной энергии, на 27% из тёмной материи, на 4,9% из нормальной материи, на 0,1% из нейтрино, на 0,01% из излучения, и, в общем-то, всё.
Рассмотрев сегодняшнее расширение Вселенной, мы сможем провести экстраполяцию назад во времени, узнать историю её расширения, а, следовательно, и возраст.
Полученное число – точнее всего с телескопа Планк, но дополненное и другими источниками, например, измерением сверхновых, ключевого проекта телескопа им. Хаббла по измерению межгалактических расстояний и Слоановским цифровым небесным обзором – мы получим, что возраст Вселенной сегодня 13,81 миллиарда лет с погрешностью всего в 120 миллионов лет. Это значит, что мы уверены в возрасте на 99,1%, что весьма удивительно!
Да, у нас есть разные наборы данных, приводящие к этому заключению, но на самом деле, метод один и тот же. Нам просто повезло, что существует согласованная картинка, на которую они все указывают, но на самом деле, ни одного из этих ограничений самого по себе недостаточно, чтобы сказать «вот такая вот у нас Вселенная». Все они предлагают набор вариантов, и лишь их пересечение говорит нам о том, где мы живём.
Если бы у Вселенной были те же свойства, что и сегодня, но она на 100% состояла бы из нормальной материи, безо всякой тёмной материи и тёмной энергии, то её возраст должен был бы составлять всего 10 миллиардов лет. Если бы во Вселенной было 5% нормальной материи (безо всякой тёмной материи и тёмной энергии), а постоянная Хаббла равнялась бы 50 (км/с)/Мпк, а не 70 (км/с)/Мпк, то Вселенной было бы 16 миллиардов лет. Но комбинация всех точно свойств говорит нам о возрасте в 13,81 миллиарда лет, с малой погрешностью. И это удивительное достижение науки.
Но это один метод. Он главный, лучший, наиболее полный, и на него указывают горы доказательств. Есть и ещё один, и для проверки результатов он очень полезен.
Это то, что мы знаем особенности жизни звёзд, сжигания их топлива и их смерти. Точнее, мы знаем, что у всех звёзд, когда они живы и сжигают основное топливо (проводя синтез гелия из водорода), есть конкретная яркость и цвет, и они удерживают эту яркость и цвет определённое время: пока в их ядрах не начнёт заканчиваться топливо.
В этот момент самые яркие, голубые и массивные звёзды начинают «выключаться» из главной последовательности (изогнутая линия на диаграмме цвет-размер внизу), и превращаться в гигантов и сверхгигантов.
Если найти эту точку выключения у скопления звёзд, сформировавшихся в одно и то же время, мы можем узнать – зная, как работают звёзды – возраст звёзд в скоплении. Посмотрев на самые старые шаровидные скопления, в которых меньше всего тяжёлых элементов, и выключения которых случаются с наименее массивными звёздами, мы обнаружим, что их возраст последовательно оказывается равным примерно 13,2 миллиарда лет, и не более того. (Но тут существует серьёзная погрешность в миллиард лет).
Звёзды возрастом в 12 миллиардов лет и менее встречаются очень часто, но звёзд возрастом в 14 миллиардов лет или более никто не видел, хотя в 1990-х частенько упоминали возраста в 14-16 миллиардов лет (улучшенное понимание звёзд и их эволюции уменьшило эти оценки).
Так что, у нас есть два метода – один из космической истории и один из измерения ближних звёзд – показывающих, что возраст нашей Вселенной находится между 13 и 14 миллиардами лет. Никто бы не удивился, если бы нам было 13,6 или 14,0 миллиардов лет, но нам с очень большой точностью не 13,0 или 15,0 миллиардов лет. Можно с уверенностью называть возраст в 13,8 миллиарда лет – и теперь вы знаете, почему!
Источник