宇宙究竟有多少“岁”了？

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天体物理学家告诉我们，宇宙已经有138亿的高龄了，但是他们如何得知的呢？本篇科普文章将为我们解释如何从古老恒星和宇宙大爆炸遗留的残余辐射来确定宇宙的年龄。

我们的宇宙距今已有138亿年的高龄，这一时间尺度比影响我们人生的千百年相关的时间跨度还要长得多。所以，天文学家们怎么探索到那么久远的年代？

古老恒星

宇宙，很容易理解，肯定至少比我们所能探寻到的最古老的恒星都要古老。因此，最直接的宇宙年龄测试方法就是去“捕捉”古老恒星。

同星群、星团的恒星都是同时诞生的，通过寻找星团的星分支点的方式可以最准确地追溯星团年龄。恒星生命中最长的阶段就是持续燃烧氢。在这个阶段，恒星（处于主序阶段）遵循温度和亮度之间的相关性。换句话说，恒星温度越高就越亮。

一旦恒星的氢燃烧殆尽，温度就开始降低，也就结束了主序阶段关系成为超巨星、白矮星甚至黑洞。根据我们对恒星演化的知识，天文学家可以预估某些种类的恒星在主序期间持续燃烧氢的时间长短。我们的太阳，一颗质量相对较低的恒星，持续燃烧氢气50亿年之久，并且还要继续燃烧40至50亿年之久。尽管质量更大的恒星有更多的燃料需要燃烧，但是它们在主序期停留时间更短，因为燃料消耗得更快。

随着星团的年龄的增长，质量最大的恒星最先离开主序期，接下来是质量较小的恒星。因此，观察相对较年轻的星团可以展现所有种类的恒星走完整个主序期。较古老的星团将呈现的是一个不完整的主序期，因为大多数质量大的恒星已经耗尽了自身的氢燃料并“驶离”了主序阶段。

仍处于主序期（即：仍在燃烧氢气）的质量大的恒星是星团年龄的上限。观测到的最古老星团可追溯到110至130亿年之间。

白矮星

在之前一集中，我们讨论过濒死恒星生命的最后阶段以及像我们的太阳一样的低质量恒星如何演化为白矮星。白矮星是非常致密的天体，就相当于太阳的质量压缩成地球的大小。一小茶匙的白矮星物质有15吨重！

由于白矮星不再通过核聚变燃烧元素来产生并发射射线，所以就像快要燃尽的火苗一样慢慢冷却。因此，白矮星的温度能告诉我们白矮星冷却所用的时间，也给出了一个年龄上下限区间。据哈勃空间望远镜的观察发现，最古老的白矮星年龄大约在120-130亿年。

宇宙微波背景（CMB）的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）成像

尽管通过古老恒星回溯宇宙历史是个很重要的确认方式，最直接的测定年龄源自宇宙大爆炸的残余放射射线，也就是宇宙微波背景射线，简称CMB。

简而言之，我们的宇宙随着时间的流逝而膨胀，我们和我们银河系外的邻居之间空间越来越大。我们把时间拨回，将宇宙膨胀逆转，通过CMB对相关信息的解密，可以测定宇宙膨胀持续了多久。

宇宙微波背景敷设（CMB）是宇宙大爆炸时期产生的辐射，在不到一秒的时间内，奇点开始高密度、高温度、高压力的结合，后来膨胀冷却后形成了我们今天所观察到的宇宙。宇宙微波背景辐射（CMB）在漫长旅途过程中显著冷却，但依旧隐含宇宙大爆炸的信息。因此，宇宙微波背景辐射（CMB）也给我们提供宇宙之初的图景，给万物之初现场发生了什么拍张快照。

宇宙年龄和三个宇宙学参数息息相关，这三个参数共同描绘宇宙的膨胀过程。

宇宙膨胀的速率，也就是哈勃常数。

宇宙中正常物质和暗物质的密度（即有多少会膨胀的物质）。

宇宙常数，一个与膨胀加速度相关的参数。

根据空间探测器如WMAP（威尔金森微波各向异性探测器）和Planck（普朗克）卫星所呈现的精确地图，宇航员和物理学家们得以测量这些参数。通过这些分析，可以确定预估的宇宙年龄在Lambda冷暗物质理论框架，包括我们对宇宙成分的理解。

这个探寻宇宙芳龄的方法指向了138亿年，上下3700万年。这些不确定的误差部分在整个138亿年中相对不值一提，源自三个宇宙学参数测量过程中的不确定因素。

从观察者的角度上来说，我们太阳系的年龄仅有45亿年。同位素和太阳系同时创造，如钾元素和铀元素，为探寻太阳系年龄提供了线索。这些同位素经历了放射性衰变，因而，提供了非常精准的测量自其形成以来时间的流逝。

宇宙微波背景辐射（CMB）确定的年龄与最古老的星团和白矮星计算的最小年龄一致，这一事实告诉我们天文学家，我们走的是正确的轨道。不过，请记住，我们将宇宙的年龄定义为大爆炸以来经过的时间。我们的观测证据都不能告诉我们大爆炸之前可能发生了什么——一个理论天体物理学家甚至哲学家，而不是观测天文学家，更能回答这个问题。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. 初晞- quickanddirtytips-Sabrina Stierwalt

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本文选自：今日头条