Показать меню

Возраст Вселенной

Возраст Вселенной — время, прошедшее с начала расширения Вселенной.

По современным представлениям, согласно модели ΛCDM, возраст Вселенной составляет 13,799 ± 0,021 миллиарда лет.

Наблюдательные подтверждения в данном случае сводятся, с одной стороны, к подтверждению самой модели расширения и предсказываемых ею моментов начала различных эпох, а с другой, к определению возраста самых старых объектов (он не должен превышать получающийся из модели расширения возраст Вселенной).

Теория

Возраст Вселенной как функция космологических параметров

Современная оценка возраста Вселенной построена на основе одной из распространённых моделей Вселенной, так называемой стандартной космологической ΛCDM-модели. Из неё, в частности, следует, что возраст Вселенной задаётся следующим образом:

t = 1 H 0 − 1 ∫ 0 1 d x x Ω Λ + Ω k x − 2 + Ω d x − 3 + Ω l x − 4 , x = a a 0 {displaystyle t={frac {1}{H_{0}-1}}int limits _{0}^{1}{frac {dx}{x{sqrt {Omega _{Lambda }+Omega _{k}x^{-2}+Omega _{d}x^{-3}+Omega _{l}x^{-4}}}}},x={frac {a}{a_{0}}}}

где H0 — постоянная Хаббла на данный момент, a — масштабный фактор.

Основные этапы развития Вселенной

Большое значение для определения возраста Вселенной имеет периодизация основных протекавших во Вселенной процессов. В настоящее время принята следующая периодизация:

  • Самая ранняя эпоха, о которой существуют какие-либо теоретические предположения, — это планковское время (10−43 с после Большого взрыва). В это время гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий. По современным представлениям, эта эпоха квантовой космологии продолжалась до времени порядка 10−11 с после Большого взрыва.
  • Следующая эпоха характеризуется рождением первоначальных частиц кварков и разделением видов взаимодействий. Эта эпоха продолжалась до времён порядка 10−2 с после Большого взрыва. В настоящее время уже существуют возможности достаточно подробного физического описания процессов этого периода.
  • Современная эпоха стандартной космологии началась через 0,01 секунды после Большого взрыва и продолжается до сих пор. В этот период образовались ядра первичных элементов, возникли звёзды, галактики, Солнечная система.

Важной вехой в истории развития Вселенной в эту эпоху считается эра рекомбинации, когда материя расширяющейся Вселенной стала прозрачной для излучения. По современным представлениям, это произошло через 380 тыс. лет после Большого взрыва. В настоящее время это излучение мы можем наблюдать в виде реликтового фона, что является важнейшим экспериментальным подтверждением существующих моделей Вселенной.

Наблюдения

Наблюдения звёздных скоплений

Популяция белых карликов в шаровом звёздном скоплении NGC 6397. Синие квадраты — гелиевые белые карлики, фиолетовые кружки — «нормальные» белые карлики с высоким содержанием углерода.

Главное свойство шаровых скоплений для наблюдательной космологии — много звёзд одного возраста в небольшом пространстве. Это значит, что если каким-то способом измерено расстояние до одного члена скопления, то процентное различие в расстоянии до других членов скопления пренебрежимо мало.

Одновременное формирование всех звёзд скопления позволяет определить его возраст: опираясь на теорию звёздной эволюции, строятся изохроны на диаграмме «цвет — звёздная величина», то есть кривые равного возраста для звёзд различной массы. Сопоставляя их с наблюдаемым распределением звёзд в скоплении, можно определить его возраст.

Метод имеет ряд своих трудностей. Пытаясь их решить, разные команды, в разное время получали разные возрасты для самых старых скоплений, от ~8 млрд лет, до ~ 25 млрд лет.

В галактиках шаровые скопления, входящие в старую сферическую подсистему галактик, содержат множество белых карликов — остатков проэволюционировавших красных гигантов относительно небольшой массы. Белые карлики лишены собственных источников термоядерной энергии и излучают исключительно за счёт излучения запасов тепла. Белые карлики имеют приблизительно одинаковую массу звёзд-предшественниц, а значит — и приблизительно одинаковую зависимость температуры от времени. Определив по спектру белого карлика его абсолютную звёздную величину на данный момент и зная зависимость время-светимость при остывании, можно определить возраст карлика.

Однако данный подход связан как с большими техническими трудностями, — белые карлики крайне слабые объекты, — необходимо крайне чувствительные инструменты, чтоб их наблюдать. Первым и пока единственным телескопом, на котором возможно решение данной задачи является космический телескоп им. Хаббла. Возраст самого старого скопления по данным группы, работавшей с ним: 12 , 7 ± 0 , 7 {displaystyle 12,7pm 0,7} млрд лет, однако, результат оспаривается. Оппоненты указывают, что не были учтены дополнительные источники ошибок, их оценка 12 , 4 − 1 , 5 + 1 , 8 {displaystyle 12,4_{-1,5}^{+1,8}} млрд лет.

Наблюдения непроэволюционировавших объектов

Объекты, фактически состоящие из первичного вещества, дожили до нашего времени благодаря крайне малому темпу их внутренней эволюции. Это позволяет изучать первичный химический состав элементов, а также, не сильно вдаваясь в подробности и основываясь на лабораторных законах ядерной физики, оценить возраст подобных объектов, что даст нижний предел на возраст Вселенной в целом.

К такому типу можно отнести: звёзды малой массы с низкой металличностью (так называемые G-карлики), низкометалличные области HII, а также карликовые неправильные галактики класса BCDG (Blue Compact Dwarf Galaxy).

Согласно современным представлениям, в ходе первичного нуклеосинтеза должен был образоваться литий. Особенность этого элемента заключается в том, что ядерные реакции с его участием начинаются при не очень больших (по космическим масштабам) температурах. И в ходе звёздной эволюции изначальный литий должен был быть практически полностью переработан. Остаться он мог только у массивных звёзд населения типа II. Такие звёзды имеют спокойную, не конвективную атмосферу, благодаря чему литий остаётся на поверхности, не рискуя сгореть в более горячих внутренних слоях звезды.

В ходе измерений обнаружилось, что у большинства таких звёзд обильность лития составляет:

A ( L i ) = 12 + log ⁡ ( L i / H ) = 2 , 12 {displaystyle A(Li)=12+log(Li/H)=2,12} .

Однако есть ряд звёзд, в том числе и сверхнизкометалличных, у которых обильность значительно ниже. С чем это связано, до конца не ясно, но есть предположение, что это вызвано процессами в атмосфере.

У звезды CS31082-001, принадлежащей звёздному населению типа II, были обнаружены линии и измерены концентрации в атмосфере тория и урана. Эти два элемента имеют различный период полураспада, поэтому со временем их соотношение меняется, и если как-то оценить первоначальное соотношение обильностей, то можно определить возраст звезды. Оценить можно двояким способом: из теории r-процессов, подтверждённой как лабораторными измерениями, так и наблюдениями Солнца; или можно пересечь кривую изменения концентраций за счёт распада и кривую изменения содержания тория и урана в атмосферах молодых звёзд за счёт химической эволюции Галактики. Оба метода дали схожие результаты: 15,5±3,2 млрд лет получены первым способом, 14 , 5 + 2 , 2 − 2 , 8 {displaystyle 14{,}5_{+2{,}2}^{-2{,}8}} млрд лет — вторым.

Слабо металличные BCDG-галактикам (всего их существует ~10) и зоны HII — источники информации по первичному обилию гелия. Для каждого объекта из его спектра определяется металличность (Z) и концентрация He (Y). Экстраполируя определённым образом диаграмму Y-Z до Z=0, получают оценку первичного гелия.

Итоговое значения Yp разнится от одной группы наблюдателей к другой и от одного периода наблюдений к другому. Так, одна, состоящая из авторитетнейших специалистов в этой области, Изотова и Туан, получили значение Yp=0,245±0,004 по BCDG-галактикам, по HII — зонам на данный момент (2010) они остановились на значении Yp=0,2565±0,006. Другая авторитетная группа во главе с Пеймберт (Peimbert) получали также различные значения Yp, от 0,228±0,007 до 0,251±0,006.

Еще по этой теме:
Шеша
18:47, 03 декабрь
Шеша
Шеша или Ананта-шеша (санскр. अनन्‍त शेष, Ananta Śeṣa IAST «бесконечный Шеша») — одна из форм Бога в индуизме и ведизме — тысячеголовый змей, царь всех нагов. Шеша выступает олицетворением вечного
Кварковая новая
17:51, 03 декабрь
Кварковая новая
Кварковая новая — взрыв огромной силы, которым сопровождается превращение нейтронной звезды в кварковую звезду. Аналогично тому, как рождение нейтронной звезды сопровождается взрывом сверхновой,
Морбиус (фильм)
13:47, 03 декабрь
Морбиус (фильм)
«Морбиус» (англ. Morbius) — предстоящий американский супергеройский фильм ужасов, основанный на комиксах издательства Marvel Comics, о персонаже Морбиусе, режиссёра Даниэля Эспиноса с Джаредом Лето в
Ферменты и возраст почв
11:15, 13 март
Ферменты и возраст почв
Ферменты — биологические катализаторы. Они ускоряют химические реакции. Ферменты представляют собой белки с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов, несущие множество
Гумификация (часть 5)
17:10, 19 октябрь
Гумификация (часть 5)
При радиоуглеродном датировании гуминовых кислот горизонта В подзолистых почв значения возраста достигают нескольких тысяч лет, что указывает на снижение обмена и закрепление их в минеральной толще
Гумификация (часть 2)
17:10, 19 октябрь
Гумификация (часть 2)
Согласно рассматриваемым гипотезам, радиоуглеродный возраст гумуса должен нарастать по мере увеличения молекулярной массы как при переходе от фульвокислот к гуминовым кислотам, так и в группе самих
Комментарии:
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail: