Вселенной 13,787 миллиарда лет. Основой для принятой в настоящее время цифры возраста являются данные космического телескопа «Планк», которые были опубликованы в 2013 году.
Астрономический термин для этого понятия — «возраст Вселенной». Это возраст видимой Вселенной, то есть от Большого взрыва до наших дней.
Понимание того, как рассчитывается возраст Вселенной, требует некоторых основ. Постоянная Хаббла, названная в честь одного из первооткрывателей красного смещения в астрофизике Эдвина Хаббла, описывает текущую скорость, с которой Вселенная расширяется. В настоящее время показатель составляет 68 километров в секунду на мегапарсек (км/с/Мпк), то есть скорость на единицу пространства (исследование 2018 г. и исследование 2020 г.).
Постоянная Хаббла рассчитывается в три этапа:
- Космический телескоп, подобный Хабблу, использовался для расчета расстояния от Земли до пульсирующих звезд, называемых цефеидами. Их яркость меняется через равные промежутки времени. Они имеют абсолютную величину, которую можно было бы увидеть на расстоянии 10 парсеков (32,6 световых года), и видимую величину, которую можно было бы увидеть с Земли во время импульса. Расстояние между цефеидами и Землей можно было вычислить по разнице между видимым и абсолютным блеском.
- Затем телескоп изучил близлежащие галактики, содержащие как цефеиды, так и взрывающиеся звезды (сверхновые). Зная абсолютную яркость цефеид, можно было определить и расстояние до сверхновых. Затем они функционируют как «стандартные свечи», с помощью которых определяются дальнейшие расстояния.
- Наконец, сверхновые стали искать в далеких галактиках и определять расстояние между ними с помощью этих так называемых стандартных свечей. Их абсолютная и кажущаяся величины использовались для определения того, как расширение Вселенной растягивает (красное смещение) свет, исходящий от них на Землю. Текущую скорость расширения Вселенной можно определить, используя расстояние и скорость.
Вселенная «раздувается»
Мы можем наблюдать, как галактики удаляются друг от друга. Где бы мы ни находились, будь то на Земле или в другой галактике, мы будем наблюдать это движение. Пространство продолжает уменьшаться, сначала как булавочная головка, затем как атом и, наконец, до состояния сингулярности.
Когда пространство начало расширяться, оно становилось все холоднее, поскольку энергия остается постоянной, но распространяется на большие расстояния.
Космическое фоновое излучение
Излучение существует повсюду вокруг нас, но оно не связано с каким-либо конкретным объектом, таким как галактика, черная дыра или звезда. Его называют космическим микроволновым фоновым излучением.
Через 380 000 лет после Большого взрыва горячая Вселенная остыла. К сожалению, ученые не могут измерить то, что было до этого. Все, что астрофизики измеряют с помощью наземных или спутниковых телескопов, ограничено этим пределом.
Образовались первые атомы водорода и гелия. В так называемой фазе рекомбинации они притягивали электроны. Фотоны, связанные с этими электронами, были выброшены в космос. Это было рождением космического фонового излучения, которое теперь можно измерить в любой точке Вселенной.
Космические телескопы строились для этого с 1970-х годов. Чтобы изучить Большой взрыв и, следовательно, расширение Вселенной, нужны спутники, работающие в миллиметровом или дальнем инфракрасном диапазоне. Можно измерить расширение только за пределами земной атмосферы, потому что фоновое излучение не проникает на Землю. Совсем недавно фоновое излучение было исследовано с помощью телескопа «Планк».
Как вычисляется возраст Вселенной
Так как же получить эту информацию о возрасте Вселенной?
- Как описано выше, постоянная Хаббла используется для расчета текущего расширения Вселенной.
- Обратная величина этой константы — с учетом различных факторов, таких как гравитация, — используется для обратного расчета до Большого взрыва.
- По фоновому излучению космологи узнают, когда Вселенная остыла.
- Объединив это знание с обратной величиной постоянной Хаббла (пункт 2), вы получите возраст Вселенной.