天体物理学家告诉我们宇宙有 138 亿年的历史，但他们怎么知道？这篇科普文章将解释如何从远古恒星和大爆炸遗留下来的残余辐射来确定宇宙的年龄。

我们的宇宙有 138 亿年的历史，这比影响我们生活数千年的相关时间跨度要长得多。那么，天文学家是如何在很久以前进行探索的呢？

远古恒星

宇宙很容易理解，而且必须至少比我们能找到的最古老的恒星还要古老。因此，检验宇宙年龄最直接的方法就是“捕捉”远古恒星。

同一星座和星团的恒星都是同时诞生的。通过寻找星团的分支点，可以最准确地追踪星团的年龄。恒星生命中最长的阶段是氢的持续燃烧。在这个阶段，恒星（在主序阶段）遵循温度和亮度的相关性。换句话说，恒星的温度越高，它就会变得越亮。

一旦恒星的氢燃烧殆尽，温度开始下降，主序相结束。这种关系变成了一颗超巨星、一颗白矮星，甚至是一个黑洞。根据我们对恒星演化的了解，天文学家可以估计某些类型的恒星在主序带期间将继续燃烧氢的时间。我们的太阳是一颗质量相对较低的恒星，它会持续燃烧氢 50 亿年，而且还会持续燃烧 4 到 50 亿年。虽然更大质量的恒星有更多的燃料可以燃烧，但它们在主序星中停留的时间较短，因为它们消耗更多的燃料。

随着星团老化，质量最大的恒星首先离开主序带，然后是质量较小的恒星。因此，观测相对年轻的星团，可以看出各种恒星都经历了一个完整的主序期。较老的星团将显示出不完整的主序阶段，因为大多数大质量恒星已经耗尽了它们的氢燃料并“远离”了主序阶段。

仍处于主序阶段（即仍在燃烧氢）的大质量恒星是星团年龄的上限。观测到的最古老的星团可以追溯到 11 到 130 亿年前。

白矮星

在上一集中，我们讨论了垂死恒星生命的最后阶段，以及像太阳这样的低质量恒星如何演化成白矮星。白矮星是非常致密的物体，相当于压缩到地球大小的太阳质量。一小茶匙白矮星物质重达15吨！

由于白矮星不再通过核聚变燃烧元素产生和发射射线，它们像即将熄灭的火焰一样慢慢冷却。因此，白矮星的温度可以告诉我们白矮星冷却所需的时间，也给出了年龄上下限的范围。根据哈勃太空望远镜的观测，最古老的白矮星大约有 12-130 亿年的历史。

宇宙微波背景（CMB）的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）成像

虽然是通过远古恒星确认宇宙历史的重要途径，但最直接的确定年龄的方法是来自宇宙。爆炸产生的残余辐射，也称为宇宙微波背景射线，称为CMB。

简而言之，我们的宇宙随着时间的推移而膨胀，我们与银河系外的邻居之间的空间越来越大。我们倒退了时间，逆转了宇宙的膨胀。通过CMB对相关信息的解密，我们可以确定宇宙膨胀持续了多长时间。

宇宙微波背景辐射 (CMB) 是大爆炸期间产生的辐射。在不到一秒的时间里，奇点开始与高密度、高温和高压结合，然后膨胀和冷却，形成我们今天所观察到的。属于宇宙。宇宙微波背景辐射（CMB）在长途旅行中显着冷却，但它仍然包含有关大爆炸的信息。因此，宇宙微波背景辐射（CMB）也为我们提供了一张宇宙开始的画面，拍下了万物开始时的场景。

宇宙年龄与三个宇宙学参数密切相关，它们共同描述了宇宙的膨胀过程。

宇宙膨胀的速率，即哈勃常数。

宇宙中正常物质和暗物质的密度（即物质会膨胀多少）。

宇宙常数，一个与膨胀加速有关的参数。

宇航员和物理学家能够根据 WMAP（威尔金森微波各向异性探测器）和普朗克卫星等空间探测器提供的精确地图测量这些参数。通过这些分析，可以确定宇宙的估计年龄在拉姆达冷暗物质理论的框架内，包括我们对宇宙组成的理解。

这种探索宇宙年龄的方法指向138亿年，上下3700万年。这些不确定误差在整个 138 亿年中相对微不足道，是由三个宇宙学参数测量中的不确定因素造成的。

文章来源：《探索科学》 网址: http://www.tskxzzs.cn/zonghexinwen/2021/0901/2239.html