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根据球状星团,宇宙已经有133.5亿岁了

大约130亿年前,当第一批恒星在我们的宇宙中形成时,它们迅速聚集在一起,形成球状星团,这是如今被广泛接受的理论。然后这些星系团与其他星系团结合形成了第一批星系,这些星系一直在合并和演化中成长。因此,天文学家一直怀疑宇宙中最古老的恒星是在球状星团中发现的。

因此,对这些星团中的恒星的研究是确定宇宙年龄的一种手段,而这仍然受制于一些猜测。根据这种思路,一个由天文学家和宇宙学家组成的国际团队最近对球状星团进行了研究,以推断宇宙的年龄。他们的结果表明,宇宙大约有133.5亿年的历史,这一结果可以帮助天文学家了解更多关于宇宙膨胀的信息。

他们的研究题目是“用球状星团推断宇宙的年龄”,最近在网上发表,并提交给《宇宙学和天体粒子物理学杂志》进行审议。这项研究是由巴塞罗那大学(ICCUB)宇宙科学研究所的博士生David Valcin领导的,他的团队来自法国、西班牙和美国。

如前所述,球状星团因其不同寻常的性质而引起天文学家的特别兴趣。这些球形的恒星聚集在绕星系核心运行的星系晕中,它们的密度比开放的星团(在星系盘中发现)要大得多。大多数球状星团在年龄上也是一致的,包括已经进入红巨星分支(RGB)阶段的老恒星。

事实上,对银河系球状星团的研究表明,我们星系中一些最古老的恒星就存在于球状星团中。尽管球状星团的起源和它们在星系演化中的作用仍是一个谜,天文学家相信,对这些古老恒星的研究将为这两者提供有价值的信息。正如Valcin和他的同事通过电子邮件与《今日宇宙》分享的:

“球状星团是宇宙中最早形成的恒星结构之一,因此可以用来很好地估计星系和恒星形成的时代,从而推断宇宙的年龄。从天体物理学的角度来看,它们提供了关于星系和恒星的形成和演化的丰富信息。”

为了进行研究,该团队检查了68个星系球状星团,这些星团是由哈勃太空望远镜的高级巡天照相机(ACS)观测到的。具体来说,他们根据星等研究了这些星团中恒星的分布,这些星等是通过使用修正版等时线来模拟数据而获得的。

这个软件包采用了由恒星模型提供的合成光度法,然后根据在相同年龄的演化轨道上发现的相同质量的恒星来插值它们的星等。Valdin解释道:

使用Sarajedini等人(2007年)利用哈勃太空望远镜对球状星团进行的调查,我们利用理论等时线(等时线是在不同质量范围内计算出的同一年龄的一组恒星模型)从球状星团的色星图中提取信息。事实上,恒星在图中根据其大小和颜色分布的方式会限制恒星等时线参数的灵敏度,这些等时线对应于同一年龄的恒星群。”

同样,该团队也依赖于台面等时线和恒星轨迹(薄雾)恒星模型,以及达特茅斯恒星演化数据库(DSED)。最后,他们得到了最古老的全球星团的平均年龄估计为131.3亿年。在考虑到这些球状星团形成所需的时间之后,他们能够推断出大约133.5亿年的年龄。

这个结果的置信水平为68%,包括一个±1.6亿年(统计)和±5亿年(系统)的不确定度范围。这个值与先前的年龄估计(138±0.02亿年)是一致的,这是由普朗克任务获得的宇宙微波背景辐射(CMB)数据推断出来的。CMB是宇宙大爆炸产生的残余背景辐射,在各个方向都可以看到。

更重要的是,之前的估计依赖于CDM宇宙学模型,这是一个大爆炸模型的版本,包含三个主要成分:暗能量、“冷”暗物质(CDM)和普通物质。这本质上意味着球状星团可以精确地限制宇宙的年龄,而不依赖于理论模型。

更重要的是,由于他们对年龄的估计与基于宇宙膨胀的估计是一致的,这些信息也可以为后者提供线索。当然,瓦尔丁和他的同事们承认,如果科学家们希望弄清楚历史上人们对年龄的估计为何会有如此大的差异,还需要更多的观察和数据:

“在宇宙膨胀的不确定性持续存在的情况下,收集更多的数据是很重要的,这些数据要尽可能地独立于宇宙学的解释,以了解这种差异的起源。”尽管球状星团不能直接测量膨胀,但它们允许我们限制宇宙的年龄,这可能与膨胀有关。宇宙的年龄也是由CMB观测结果决定的,但这个决定是非常依赖于模型的。膨胀估计的一个有价值的方面是,它是在没有假设任何宇宙模型的情况下得到的。这两种测量结果的一致性可以用来确认宇宙模型的重要方面。”

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