宇宙年齡數據要更新?利用球狀星團,科學家得出了這個數字

2021-01-19 網易

　　根據此前的數據，宇宙大約形成於138億年前的一次大爆炸。

　　這個數字來自於普朗克衛星的觀測結果，不過，當科學家們換一種方式進行研究的時候，卻總是得到另外一個數字。

　　

　　最近，又有關於宇宙年齡的一項研究被發表出來，又展現了一個新的數字：我們的宇宙形成於大約133.5億年前，比以往的說法要晚一些。雖然這和138億年的數字只差了4億多年的時間，但其中的差別還是非常明顯的。

　　這項研究是巴塞隆納大學（ICCUB）宇宙科學研究所的博士前研究員David Valcin領導他來自西班牙、法國及美國的同事們進行的，他們利用了銀河系中的球狀星團，得出了這個數字，並且已經將論文提交到《宇宙學和天體粒子物理學雜誌》等待審核。

　　球狀星團是一種比較常見的恆星集合，它們的特點也非常明顯。它們與疏散星團是相對的兩種星團，比後者的恆星密度更大。同時，球狀星團的恆星年齡也都比較老，年齡一般在100億歲以上，很多都已經進入紅巨星階段，甚至有一部分早已經死亡。對於科學家來說，這些古老的恆星見證的宇宙的歷史歲月，是我們了解銀河系演化的重要工具。

　　

　　（圖片說明：歐洲航天局蓋亞衛星對銀河系中球狀星團的觀測）

　　因此，科學家們一直對球狀星團十分關注。正如Valcin等人所介紹的那樣：「球狀星團是宇宙中形成最早的恆星集合之一，我們可以藉助它們來判斷星系和恆星形成的時間，從而推測出宇宙的年齡。從天體物理學的角度來看，他們為星系和恆星的形成提供了大量寶貴的信息。」

　　為此，他們藉助哈勃太空望遠鏡的先進巡天相機的觀測數據，對68個球狀星團進行了分析研究。具體來說，他們是根據這些星團的亮度來測量恆星的分布。而這些恆星的亮度分布，需要藉助等時線來進行模擬。所謂的等時線，指的是可以對不同質量恆星的年齡進行計算後得到的模型。

　　

　　（圖片說明：像左圖中M80這樣的大部分球狀星團中恆星的年齡都比較接近，普遍是宇宙第二代恆星；而右圖中NGC 1866則是少數幾個特例之一，其中也包含著年輕的藍色高溫恆星）

　　Valdin指出：他們藉助了哈勃太空望遠鏡對球狀星團觀測後總結的目錄，然後利用理論上的等時線模型從這些球狀星團的顏色—視星等圖獲取了關於其中恆星的一些信息。將恆星的大小、質量等參數代入到這個等時線模型中，就可以獲得一個相對比較小的關於其年齡的範圍。由於球狀星團的恆星年齡相對比較統一，因此只要求出其中一些恆星的年齡，就可以判斷整個星團的年齡。

　　該團隊將等時線及恆星軌跡的模型以及達特茅斯的恆星演化資料庫結合在一起，最終對宇宙中最古老的球狀星團的平均年齡進行了計算，得出了131.3億年的數據。由於它們的形成也需要一定的時間，最終該團隊利用這個數據，推測出宇宙的年齡大約是133.5億年。這個結果的置信度，大約為68%。

　　

　　（圖片說明：宇宙大爆炸時間線，今天宇宙中的中微子在最初被射出的時候影響了宇宙在微波背景輻射時期的變化，而接下來的宇宙演化都是在物理定律下進行的）

　　在此之前，歐洲航天局的普朗克衛星，利用了對宇宙微波背景輻射的觀測，計算出了138億年的結果。這個計算方法，依賴於CDM模型。所謂的CDM模型，是目前比較流行的一種關於宇宙誕生及演化過程的理論。它指出我們的宇宙由暗能量（68.3%）、暗物質（26.8%）和可見物質（4.9%）組成。

　　在此之前，我們對宇宙年齡的估算，基本上都是基於這個模型。而這一次的研究，則完全跳出了這個理論，結果與此前的研究有了大約4億年的差距。

　　

　　不過研究團隊指出：考慮到觀測和計算過程中有±1.6億年的統計學不確定性和±5億年的系統誤差，這個結果也並不違背此前的結論。這意味著二者可以相互印證，那麼兩種方法可能都是正確的，我們推測的宇宙年齡更加可信了。每一個都可以獨立被我們使用，來推測宇宙的年齡。

　　不過，在此之前，也有一些關於宇宙年齡的數據，看起來和今天的結果相差甚遠，甚至有些離譜。這些方法也並非是胡編亂造的，看起來也頭頭是道，至於它們為何出錯，目前還不得而知。Valdin等人指出，只有取得更多的觀測數據和研究突破，我們才能找到那些方法錯誤的原因。

　　

　　「由於宇宙的膨脹帶來了持續不斷的不確定性，收集更多的數據就更加至關重要了。這些數據必須在最大程度上擺脫宇宙學的影響，才能讓我們更好地了解差異的源頭。雖然球狀星團不能被我們直接用來衡量宇宙的膨脹，但它讓我們能夠縮小宇宙年齡的範圍，這就與宇宙的膨脹有關了。目前的宇宙年齡數據也是通過宇宙微波背景輻射的觀測確定的，但它對模型的依賴性很強。而我們的觀測則不需要假設任何一個模型的成立，這是非常有價值的。這兩個結果的一致性可以對宇宙模型的很多重要方面提供確認。」

　　宇宙的年齡始終是科學家非常關注的話題，它牽扯著許多的秘密。只不過，長期以來，雖然主流觀點比較相同，但還是有很多人得出了不同的數字。目前來看，138億年這個數字相對比較準確，而且也得到了多個不同方法的印證。

　　

　　（圖片說明：壯觀的球狀星團）

　　恰好在最近，另外一支來自7個國家的科學家團隊也得出了這個結論，不過同樣是利用宇宙微波背景輻射。不過，絕大部分科學家得出這個結論，都是在CDM模型下。這就好像你在地鐵上採訪坐著的人擠不擠一樣，得到一致的答案本就在情理之中。

　　正因如此，本次研究才顯得格外重要。就好像剛才地鐵的例子一樣，如果站著的人都說不擠，那才證明的確不擠。因此，本次研究跳出CDM模型對宇宙年齡計算後仍然得出了相似的結果，證明兩個探測方法很可能都是正確的。看樣子，宇宙的年齡已經接近正確答案了吧。

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