我们是如何得出宇宙年龄是138亿年的结论的?(3)

2021-12-24 13:19     互联网

然而,当我们观察大量恒星时,不确定性要小得多。在银河系这样的星系中形成的恒星集合开放星团通常包含几千颗恒星,只持续数亿年。这些恒星之间的引力相互作用最终导致它们分开飞行。虽然有一小部分持续了10亿年甚至几十亿年,但我们还没有探测到已知的开放星团,它们能和我们的太阳系一样古老。

但是,在整个银河系(以及大多数大型星系)的光环中都发现了球状星团,它更大,更重且更孤立。 当我们观察它们时,我们可以测量内部许多恒星的颜色和亮度,从而使我们(只要我们了解恒星的工作和演化方式)就可以确定这些恒星团的年龄。 尽管这里也存在不确定性,但即使是在银河系内,也存在大量球状星团,年龄在120亿年以上。

图注:球状星团Messier 69因其非常古老而极为不寻常,这表明它仅占宇宙当前年龄的5%(约130亿年前),但金属含量却很高,其金属含量仅为22%。 我们的太阳。 明亮的恒星处于红色巨星相,刚刚耗尽其核心燃料,而一些蓝色恒星则是这些不寻常的蓝色离散星。

我们对这些数字有多确定?很难说。虽然几乎可以保证,这些星团中最古老的一定是在125亿到130亿年之间,但围绕太阳质量的恒星开始转变为亚巨星,然后转变为成熟的红巨星所需的时间仍然存在很大的不确定性。可能是100亿年;可能是120亿年;可能是介于两者之间的一些价值。多年来,许多研究球状星团的天文学家认为最古老的星团有140亿年,至160亿年。

今天,我们可以可靠地得出结论,从我们测量的恒星来看,宇宙的年龄有一个大约125亿至130亿年的下限,但这并不能精确地确定年龄。这是一个很好的约束条件,但是为了得到一个实际的数字,我们需要一个更好的方法。

幸运的是,宇宙给了我们一个。你看,爱因斯坦的广义相对论,对于一个到处都是(大致)均匀的物质和能量的宇宙(就像我们的宇宙),给出了两个量之间的直接关系:

宇宙中存在的物质和能量的数量和类型,

以及今天宇宙膨胀的速度。

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