宇宙大约有 138 亿年的历史,但我们怎么知道呢?
散布在太空真空中的是恒星、星系、恒星残骸和其他数十亿年历史的物体。 宇宙的年龄现在被认为是大约 138 亿年——几乎是深不可测的。 但是我们怎么知道呢?
我们可以通过分析从深空传播的光和其他类型的辐射来确定宇宙的年龄(在一定程度上),但科学家们并不总是就宇宙的年龄达成一致,随着望远镜的升级,他们会继续完善答案。
在 1920 年代,天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)想出了一种方法来计算一个物体的距离之间的关系,基于它的光到达地球需要多长时间,以及它离开我们的速度有多快,基于光的多少 来自遥远地区的红移或移动到电磁光谱的较低能量(或较红)端。
这个度量,现在被称为哈勃常数,描述了宇宙在不同位置的膨胀。根据美国国家航空航天局的说法,距离越远的物体的哈勃常数越高,反之亦然,这表明宇宙的膨胀正在加速。这一发现的一个结果是,宇宙的估计年龄更难证明。
目前,宇宙被认为大约有 138 亿年的历史。这是由不同的科学家小组确定的,他们在重新评估了欧洲航天局普朗克航天器的数据并分析了智利阿塔卡马宇宙望远镜 (ACT) 的数据后,于 2020 年宣布了他们的发现。这比之前的估计大约早了 1 亿年,这是由 2013 年普朗克航天器传回的数据确定的。航天器和望远镜都绘制了宇宙微波背景 (CMB),这是大爆炸的剩余光.通过将这些数据与现有模型相结合,即在一切开始后不同类型的物质和天体出现的速度有多快,科学家们能够估计宇宙爆炸性诞生的时间有多远。
科学家们认为来自 CMB 的光是在大爆炸 40 万年后出现的。宇宙开始时是灼热的等离子体,其中光包或光子与电子相连。它最终冷却到足以让光子脱离电子,离开等离子体并在整个空间中散射,形成现在称为 CMB 的东西。因此,通过测量这种散射光的距离,科学家们可以估算出宇宙的年龄。
“我们测量到的最近一次光子散射的距离越大,宇宙的年龄就越大,因为 CMB 必须经过更远的距离才能到达我们身边,”美国国家航空航天局的 Steve Choi 说。康奈尔大学科学基金会天文学和天体物理学博士后。 “这将花费更多时间,这意味着年龄更大。”
对于 2020 年宣布的 138 亿年的更新估计,纽约市熨斗研究所计算天体物理中心的研究科学家西蒙娜·艾奥拉 (Simone Aiola) 领导了一个科学家团队,他们重新检查了宇宙根据他们发表在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上的研究,使用 ACT 的微波背景。
“虽然这些地图覆盖的区域比普朗克团队发布的地图更小,但它们改进的分辨率允许更精确的测量,”艾奥拉说。 “我们的观测提供了对 CMB 天空的独立测量,可以与普朗克团队的测量进行比较。”
艾奥拉和他的同事通过能够以比以往更小的规模观察 CMB 取得了突破,因此他们能够看到更多的细节和不规则性,这些细节和不规则性可以说明早期宇宙中发生的事情以及这些现象发生的时间有多远。这是可能的,因为 ACT 非常敏感。通过将这些高度精确的地图与现有的宇宙年龄预测进行比较,该团队得出了 138 亿年的年龄。
阿塔卡马宇宙望远镜的一项类似研究——由 Choi 领导,由 Aiola 合着,并于 2020 年发表在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上——也发现宇宙大约有 138 亿年的历史。
宇宙有没有可能更古老?也许。随着望远镜变得越来越先进,它们可能能够比我们想象的更深入地看到过去——并找到改变我们认为我们所知道的一切的东西。