137。77亿年! 我们是如何对宇宙年龄进行估算的! 估算的值准确吗!

 

前不久，据物理学家组织网报道，康奈尔大学领导的一支国际天文学家小组，利用由美国国家科学基金会管理的阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT）的数据和宇宙几何学，对宇宙年龄进行再次评估，他们的结果表明，宇宙年龄为137.77亿年，其中误差不超过4000万年，也就是137.77±0.4亿年。这一年龄值与标准宇宙模型提供的数值，以及欧洲航天局的普朗克卫星对同一光线的测量结果相吻合，有望消除有关宇宙年龄的争议。

那么，人类历史不过才600万年，我们是如何对宇宙年龄进行估算的呢？这个估算的数字真的准确吗？

要想回答这两个问题，我们首先得知道估算宇宙年龄的方法。目前，科学家们计算宇宙年龄主要依靠以下两种方法：

计算宇宙的膨胀率

确定最古老恒星的年龄

宇宙膨胀率

宇宙大小并非是一成不变，它会不断地变大膨胀。从1929年美国天文学家爱德文·哈勃提出宇宙膨胀说开始，科学家们就一直都在试图测量宇宙膨胀的真实速度，我们称这一速度为哈勃常数。

▲科学家们通过观察遥远的星系来测量宇宙膨胀的速度。

但不同的测量方法会得出不同的值，而从理论上讲，这些不同方法得出的值又似乎都没错。2012年12月20日，美国NASA通过威尔金森微波各向异性探测器拍摄宇宙微波背景（CMB），最终得出哈勃常数的值为69.32 ± 0.80 (km/s)/Mpc，使用该数值估算宇宙的年龄为 137.72 亿年，误差不超过5900 万年。

2019年9月，德国科学家在《科学》杂志撰文称，利用引力透镜效应计算出哈勃常数为82.4，从而推算得到宇宙年龄为114亿岁。这比国际上主流观点认为的137亿岁年轻20多亿岁。而这种差异正是由于美国NASA和德国科学家采用了不同的方法去测量哈勃常数。

测量最古老的恒星年龄

如果说宇宙有137亿年的历史，那么我们在宇宙中绝不会发现年龄超过137亿年的恒星。通过确定最古老恒星的年龄，我们就可以对宇宙的年龄进行初步的估算。

▲银河系中最古老的恒星之一，编号为HD 140283，距离我们超过 190 光年

恒星的生命周期取决于它的质量，质量大的恒星燃烧燃料的速度更快，因此消亡得更快，而质量低的恒星可以活200亿年之久。

球状星团由大约一百万颗恒星组成的密集恒星集合，它们大约在同一时间形成，因此这些星团可以作为宇宙的计时员。通过确定恒星的质量，科学家可以估计球状星团形成的时间。像太阳这样的恒星以目前的亮度还可以燃烧大约60亿年。

▲太阳是一颗黄矮星（光谱为G2V），黄矮星的寿命大致为100亿年，目前太阳大约45.7亿岁。 在大约50至60亿年之后，太阳内部的氢元素会全部耗尽

而一颗具有10太阳质量的恒星，即质量比太阳大10倍的恒星，燃烧时的亮度几乎是太阳的1000倍，将在2000万年内消耗其燃料供应。相反地，一颗质量为太阳一半的恒星它的燃料就可以持续200多亿年。因此，如果一个球状星团的年龄超过了1000万年，那么它所有燃烧氢气的恒星质量都会小于10个太阳质量。

由此我们得出结论，如果一个球状星团的年龄超过了20亿年，那么就不会有超过两个太阳质量的恒星存在。

▲哈勃太空望远镜拍摄的球状星团M15。右上方的放大图显示，星团的核心是由很多很多的恒星组成的。

目前，已知最古老的球状星团内只包含质量小于0.7太阳质量的恒星。这些低质量的恒星比我们的太阳要暗淡得多。这一观察表明，最古老的球状星团的年龄在110亿到180亿年之间。