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宇宙到底多少岁?三种观测方式交叉推算

2026-10-21

现代宇宙学里影响力最大的理论就是宇宙大爆炸学说。这套模型描述,最初宇宙汇聚在一个体积极小、质量巨大的点,随后发生爆炸,中子、质子、电子随之生成,初期温度突破 100 亿度。宇宙持续膨胀,温度慢慢下降,基础粒子组合成各类元素;物质微粒互相吸引聚拢,形成大大小小的物质团,一步步演化出星系、恒星与行星。少数行星上孕育生命,最终诞生可以观测宇宙的人类。

很早之前科学家给出的估算区间,是 100 亿至 200 亿年。后续多组天文观测,不断把范围收窄到 140 亿年上下。不同科研团队,用完全不一样的观测目标去测算,得到的结果可以互相参照。

2016 年 4 月,法、荷、德、美多国科研团队公布观测成果,找到一个距离 135 亿光年、还处在形成阶段的星系团,这是当时人类捕捉到最远的星系团。星系团如何成型,到现在依然还有很多待解问题。现有理论认为,物质从大爆炸产生的气体中聚集,先形成星体,再慢慢汇聚成星系。这个新生星系团属于宇宙早期产物,根据它的距离推算,宇宙年龄不会低于 135 亿年,超出这个数字的空间有限。

同年 2 月,巴黎天文台等机构的科学家,观测银河系外缘的古老恒星 CS31082—001,在这颗贫金属恒星上捕捉到铀 238 谱线。这也是第一次在这类恒星上找到铀元素信号,给测宇宙年龄提供了新线索。科研人员比对恒星内部铀 238 和钍元素的含量,算出宇宙年龄至少 125 亿年,前后浮动误差 30 亿年。团队记录,持续分析这颗恒星的重金属谱线,继续搜寻其他带有铀元素的贫金属恒星,能进一步缩小误差,让推算数值更精准。

哈勃望远镜也拿出了一套独立的测算思路,目标锁定白矮星。白矮星是早期恒星燃料耗尽之后剩下的残骸,会随着时间持续冷却变暗,天文学家把它当成天然的宇宙时钟,类比依靠炭火余温反推火堆熄灭的时间。

这批古老白矮星,藏身于天蝎座方向、距离地球 7000 光年的 M4 球状星团。星团内白矮星年龄落在 120 亿到 130 亿年。想要拍到它们并不轻松,哈勃相机累计曝光 8 天才拿到有效画面,这些星体亮度,不足肉眼可见最暗星星的十亿分之一。

宇宙里第一批恒星,大约在大爆炸之后不到 10 亿年就开始形成。把这一段时间叠加白矮星观测数据,算出宇宙年龄区间在 130 亿至 140 亿年,和前面星系团、放射性恒星测算的结果可以对应上。

不同的观测样本,带来不一样的时间线索:遥远的初生星系团、恒星内部的放射性元素、慢慢冷却的白矮星。它们各自存在观测难点,白矮星越老光线越暗,遥远星系团信号微弱,恒星元素谱线识别门槛很高。多条线索汇集之后,宇宙年龄的范围,才一点点收束到相近区间。

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