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 。
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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 。
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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 。
这种关系最早是在1922年由亚历山大弗里德曼(Alexander Friedmann)推导出来的 , 使我们能够得出宇宙的年龄的方程式被称为弗里德曼方程 。 我们花了很多年的时间来测量宇宙的组成部分 , 但是我们现在已经有了一个共识 。
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亚历山大弗里德曼(Alexander Friedmann)
从轻元素的丰度到星系群的聚集 , 到星系团如何碰撞到遥远的超新星 , 再到宇宙微波背景的起伏 , 这些观测都指向同一个宇宙 。 特别是 , 它包括:
68%暗能量 ,
27%暗物质 ,
4.9%正常物质(质子、中子和电子) ,
0.1%中微子 ,
0.01%光子(光粒子或辐射) ,
而不到0.4%的其他东西 , 包括空间曲率、宇宙弦、域壁和其他奇特的成分 。
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图注:在宇宙微波背景(CMB)到的E模式极化数据的波动 , 特别是在小角度范围内的波动 , 编码了关于宇宙的内容和历史的大量信息 。在这里 , 显示了来自大片天空的起伏 , 这些起伏是由阿塔卡马宇宙望远镜拍摄的数据构成的 。这是迄今为止获得的小角度尺度CMB的最佳数据集 。
这张照片与我们的一整套观察结果一致;你必须非常认真地挑选你的证据过分强调具有很大模糊性的测量值 , 同时忽略大量的数据集最终得出与此相差很大的一组值 。
所以 , 你可能会认为一切都取决于膨胀率 。 如果你能精确地测量 , 你就可以简单地计算出宇宙的年龄 。 从21世纪初开始 , 从那时起 , 我们获得的最好的数据来自宇宙微波背景:首先来自WMAp , 然后来自普朗克 , 到2020年7月14日 , 也来自阿塔卡玛宇宙望远镜 。
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