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  • 不依赖宇宙学模型,仅用球状星团:就推断出宇宙诞生133.5亿年

    现今被广泛接受的理论是大约130亿年前,当宇宙中形成第一批恒星时,它们很快聚集在一起形成了球状星团。然后,这些星系团与其他星团合并,形成了第一批星系,从那以后,星系一直在通过合并和演化而成长。由于这个原因,天文学家长期以来一直怀疑宇宙中最古老的恒星应是在球状星团中发现。因此,对这些星系团中恒星的研究,是确定宇宙年龄的一种手段,这仍然有待猜测。

    不依赖宇宙学模型,仅用球状星团:就推断出宇宙诞生133.5亿年

    在这方面,一个由天文学家和宇宙学家组成的国际团队对球状星团进行了研究,以推断宇宙的年龄,其研究结果表明,宇宙的年龄约为133.5亿年,这一结果可能有助于天文学家更多地了解宇宙的膨胀。研究题为《用球状星团推断宇宙的年龄》发表在网上,并提交给了《宇宙学和天体粒子物理学》期刊。这项研究由来自巴塞罗那大学(ICCUB)宇宙科学研究所(ICCUB)的博士前研究员大卫·瓦尔辛(David Valcin)领导。

    不依赖宇宙学模型,仅用球状星团:就推断出宇宙诞生133.5亿年

    正如所提到的,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。这些球状的恒星集合通常是在星系核心之外的星系光晕中发现,比疏散星团(在星系盘中发现)密度要高得多。大多数球状星团在年龄上也是一致,包含已经进入红巨星分支(RGB)阶段的较老恒星。事实上,对银河系球状星团的研究表明,我们银河系中一些最古老的恒星存在于其中。

    最古老的星团

    虽然球状星团起源和在星系演化中的作用仍然是一个谜,但天文学家相信,对这些古老恒星集合的研究,将产生关于这两个方面有价值的信息。球状星团是宇宙中最早形成的恒星结构之一,因此可以作为星系和恒星形成时期的良好估计器,来推断宇宙的年龄。从天体物理的角度来看,它们提供了关于星系和恒星形成和演化的丰富信息。为了便于研究,研究小组研究了68个银河系球状星团。

    不依赖宇宙学模型,仅用球状星团:就推断出宇宙诞生133.5亿年

    这些星团是由哈勃太空望远镜的高级探测相机(ACS)观测到。具体地说,研究人员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改后的等时线对数据进行建模而获得。这个软件包采用恒星模型提供的合成测光技术,然后根据相同年龄、相同质量的恒星在演化轨迹上发现的位置来插值它们的星等。利用萨拉热迪尼等人用哈勃太空望远镜对球状星团进行研究所得的星表。

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    新研究使用理论等时线从球状星团的颜色等值图中提取了信息,等时线是一组在同一年龄计算不同质量范围的恒星模型。事实上,恒星根据其星等和颜色在图表中的分布方式可以限制恒星等时线的参数敏感性,这些等时线对应于年龄相同的恒星群体。同样,该研究小组依赖于台地等时线和恒星轨迹(MIST)恒星模型,以及达特茅斯恒星演化数据库(DSED)。最终获得了最古老星团的平均年龄估计为131.3亿年。

    推断宇宙的年龄

    在考虑到这些球状星团形成所需的时间后,推断出133.5亿年的宇宙年龄估计。该结果具有68%的置信度,包括±1.6亿年(统计)和±5亿年(系统)的不确定度范围。这个值与之前138亿±0.02亿年的年龄估计是一致的,这是根据普朗克卫星任务获得关于宇宙微波背景(CMB)数据推断出来的。宇宙微波背景是大爆炸产生的、在各个方向都可见的残余背景辐射。更重要的是,之前的估计依赖于CDM宇宙学模型。

    不依赖宇宙学模型,仅用球状星团:就推断出宇宙诞生133.5亿年

    该模型是大爆炸模型的一个版本,包含三个主要组成部分:暗能量、“冷”暗物质(CDM)和普通物质。这实质上意味着球状星团能够以一种不依赖于理论模型的方式精确地估算出宇宙年龄。更重要的是,由于星团的年龄估计与基于宇宙膨胀的估计是一致的,这些信息也可能为后者提供线索。当然,如果科学家们希望进一步弄清楚为什么历史上估计的年龄之间会有如此大的差异,那么就需要更多的观察和数据:

    不依赖宇宙学模型,仅用球状星团:就推断出宇宙诞生133.5亿年

    在宇宙膨胀的持续不确定性中,重要的是收集更多数据,这些数据的解释尽可能独立于宇宙学,以了解差异的来源。尽管球状星团不提供膨胀的直接测量,但根据球状星团也能估计出宇宙的年龄,这可能与膨胀有关。宇宙最精确的年龄是由宇宙微波背景观测确定,但这种确定非常依赖于模型。宇宙膨胀估计的一个有价值方面是:它是在没有假设任何宇宙学模型的情况下获得,这两个测量值之间的一致性可以用来确认宇宙模型的重要方面。

    不依赖宇宙学模型,仅用球状星团:就推断出宇宙诞生133.5亿年

    博科园|文:Matt Williams/Universe Today

    参考期刊《宇宙学和天体粒子物理学》

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