現(xiàn)今被廣泛接受的理論是大約130億年前，當(dāng)宇宙中形成第一批恒星時，它們很快聚集在一起形成了球狀星團(tuán)。然后，這些星系團(tuán)與其他星團(tuán)合并，形成了第一批星系，從那以后，星系一直在通過合并和演化而成長。

由于這個原因，天文學(xué)家長期以來一直懷疑宇宙中最古老的恒星應(yīng)是在球狀星團(tuán)中發(fā)現(xiàn)。因此，對這些星系團(tuán)中恒星的研究，是確定宇宙年齡的一種手段，這仍然有待猜測。

在這方面，一個由天文學(xué)家和宇宙學(xué)家組成的國際團(tuán)隊對球狀星團(tuán)進(jìn)行了研究，以推斷宇宙的年齡，其研究結(jié)果表明，宇宙的年齡約為133.5億年，這一結(jié)果可能有助于天文學(xué)家更多地了解宇宙的膨脹。研究題為《用球狀星團(tuán)推斷宇宙的年齡》發(fā)表在網(wǎng)上，并提交給了《宇宙學(xué)和天體粒子物理學(xué)》期刊。這項研究由來自巴塞羅那大學(xué)(ICCUB)宇宙科學(xué)研究所(ICCUB)的博士前研究員大衛(wèi)·瓦爾辛(David Valcin)領(lǐng)導(dǎo)。

正如所提到的，球狀星團(tuán)因其不同尋常的性質(zhì)，而引起天文學(xué)家的特別興趣。這些球狀的恒星集合通常是在星系核心之外的星系光暈中發(fā)現(xiàn)，比疏散星團(tuán)(在星系盤中發(fā)現(xiàn))密度要高得多。大多數(shù)球狀星團(tuán)在年齡上也是一致，包含已經(jīng)進(jìn)入紅巨星分支(RGB)階段的較老恒星。事實上，對銀河系球狀星團(tuán)的研究表明，我們銀河系中一些最古老的恒星存在于其中。

最古老的星團(tuán)

雖然球狀星團(tuán)起源和在星系演化中的作用仍然是一個謎，但天文學(xué)家相信，對這些古老恒星集合的研究，將產(chǎn)生關(guān)于這兩個方面有價值的信息。球狀星團(tuán)是宇宙中最早形成的恒星結(jié)構(gòu)之一，因此可以作為星系和恒星形成時期的良好估計器，來推斷宇宙的年齡。從天體物理的角度來看，它們提供了關(guān)于星系和恒星形成和演化的豐富信息。為了便于研究，研究小組研究了68個銀河系球狀星團(tuán)。

這些星團(tuán)是由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的高級探測相機(jī)(ACS)觀測到。具體地說，研究人員根據(jù)星等研究了這些星團(tuán)中恒星的分布，這些星等是通過使用修改后的等時線對數(shù)據(jù)進(jìn)行建模而獲得。這個軟件包采用恒星模型提供的合成測光技術(shù)，然后根據(jù)相同年齡、相同質(zhì)量的恒星在演化軌跡上發(fā)現(xiàn)的位置來插值它們的星等。利用薩拉熱迪尼等人用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對球狀星團(tuán)進(jìn)行研究所得的星表。

新研究使用理論等時線從球狀星團(tuán)的顏色等值圖中提取了信息，等時線是一組在同一年齡計算不同質(zhì)量范圍的恒星模型。事實上，恒星根據(jù)其星等和顏色在圖表中的分布方式可以限制恒星等時線的參數(shù)敏感性，這些等時線對應(yīng)于年齡相同的恒星群體。同樣，該研究小組依賴于臺地等時線和恒星軌跡(MIST)恒星模型，以及達(dá)特茅斯恒星演化數(shù)據(jù)庫(DSED)。最終獲得了最古老星團(tuán)的平均年齡估計為131.3億年。

推斷宇宙的年齡

在考慮到這些球狀星團(tuán)形成所需的時間后，推斷出133.5億年的宇宙年齡估計。該結(jié)果具有68%的置信度，包括±1.6億年(統(tǒng)計)和±5億年(系統(tǒng))的不確定度范圍。這個值與之前138億±0.02億年的年齡估計是一致的，這是根據(jù)普朗克衛(wèi)星任務(wù)獲得關(guān)于宇宙微波背景(CMB)數(shù)據(jù)推斷出來的。宇宙微波背景是大爆炸產(chǎn)生的、在各個方向都可見的殘余背景輻射。更重要的是，之前的估計依賴于CDM宇宙學(xué)模型。

該模型是大爆炸模型的一個版本，包含三個主要組成部分：暗能量、“冷”暗物質(zhì)(CDM)和普通物質(zhì)。這實質(zhì)上意味著球狀星團(tuán)能夠以一種不依賴于理論模型的方式精確地估算出宇宙年齡。更重要的是，由于星團(tuán)的年齡估計與基于宇宙膨脹的估計是一致的，這些信息也可能為后者提供線索。當(dāng)然，如果科學(xué)家們希望進(jìn)一步弄清楚為什么歷史上估計的年齡之間會有如此大的差異，那么就需要更多的觀察和數(shù)據(jù)：

在宇宙膨脹的持續(xù)不確定性中，重要的是收集更多數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的解釋盡可能獨立于宇宙學(xué)，以了解差異的來源。盡管球狀星團(tuán)不提供膨脹的直接測量，但根據(jù)球狀星團(tuán)也能估計出宇宙的年齡，這可能與膨脹有關(guān)。宇宙最精確的年齡是由宇宙微波背景觀測確定，但這種確定非常依賴于模型。宇宙膨脹估計的一個有價值方面是：它是在沒有假設(shè)任何宇宙學(xué)模型的情況下獲得，這兩個測量值之間的一致性可以用來確認(rèn)宇宙模型的重要方面。

博科園｜文：Matt Williams/Universe Today

參考期刊《宇宙學(xué)和天體粒子物理學(xué)》

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