🦋 👫 🧚 Fragen Sie Ethan Nr. 99: Woher kennen wir das Alter des Universums? 💘 🕵🏼 🧘🏻

Jugend ist ein Geschenk der Natur, und Alter ist ein Kunstwerk.
- Stanislav Jerzy Lets

Jede Woche beleuchtet unser Blog die Wunder des Universums. Sie haben die Möglichkeit, Fragen und Vorschläge an die wöchentliche Spalte „Ask Ethan“ zu senden, und von Zeit zu Zeit wähle ich eine der Fragen aus, um sie zu beantworten. Die heutige Frage wird nicht nur von Ethan beantwortet, sondern auch von Ethan, nur mit dem Namen Barbour, der fragt:

Ich habe eine Frage zur Astronomie, tatsächlich lautet diese: Wie viele unabhängige Methoden gibt es, um das Alter des Universums zu messen?

Ich würde Sie gerne darüber informieren, dass es sehr viele solcher Methoden gibt, und alle weisen auf ein Alter von 13,8 Milliarden Jahren hin, ebenso wie es viele Beweise für die Existenz dunkler Materie gibt. Aber am Körper gibt es nur zwei, und einer ist viel besser als der andere.

Der „gute“ Weg legt nahe, zu denken, dass sich das Universum in unserer Zeit ausdehnt und abkühlt, und zu verstehen, dass daraus folgt, dass es in der Vergangenheit heißer und dichter war. Wenn wir in die Vergangenheit zurückkehren, werden wir zu immer früheren Zeiten feststellen, dass bei einem kleineren Volumen des Universums die darin enthaltenen Materieteilchen nicht nur näher beieinander lagen, sondern auch die Wellenlängen der Photonen kürzer waren, da die Expansion des Universums sie in einen solchen Zustand streckte. in dem wir sie heute sehen.

Da die Wellenlänge eines Photons seine Energie und Temperatur bestimmt, ist ein Photon mit einer kürzeren Wellenlänge energetischer und heißer. Wenn wir uns in der Zeit zurückbewegen, sehen wir einen Temperaturanstieg und irgendwann erreichen wir die frühen Phasen des Urknalls.

Dies ist wichtig: Es gibt die „früheste“ Phase des Urknalls!

Wenn wir endlos zurückrechnen, gelangen wir zu einer Singularität, in der die Physik nicht mehr funktioniert. Unser modernes Verständnis der frühen Phasen des Universums lässt uns verstehen, dass dem Urknall eine Inflationsphase vorausging und die Dauer dieses Zustands nicht definiert ist.

Wenn wir über das Zeitalter des Universums sprechen, sprechen wir über die Zeit, die vergangen ist, seit das Universum zum ersten Mal durch den heißen Urknall und bis heute beschrieben werden konnte.

Nach den Gesetzen der Allgemeinen Relativitätstheorie in unserem Universum, in denen:
• die Dichte auf den größten Skalen einheitlich ist,
• überall dieselben Gesetze und allgemeinen Eigenschaften gelten,
• unabhängig von der gewählten Richtung überall alles gleich ist,
• überall überall gleichzeitig eine große Explosion stattgefunden hat

Es gibt eine einzigartige Verbindung zwischen ihrem Alter und ihrer Expansion während ihres gesamten Lebens.

Mit anderen Worten, nachdem wir gemessen haben, wie sich das Universum jetzt ausdehnt und wie es sich im Laufe seines Lebens ausdehnt, werden wir lernen, woraus es besteht. Wir können dies durch viele Beobachtungen herausfinden, einschließlich:

• Direkte Messungen der Helligkeit und Entfernung zu Objekten des Universums wie Sternen, Galaxien und Supernovae, die es uns ermöglichen, eine Treppe mit kosmischen Entfernungen zu bauen.

• Messung großräumiger Strukturen, Galaxienhaufen und baryonischer akustischer Schwingungen.

• Messung von Schwankungen des CMB, ein „Foto“ des Universums, aufgenommen im Alter von 380.000 Jahren.

Alles zusammen ergibt das Universum, das heute zu 68% aus dunkler Energie, zu 27% aus dunkler Materie, zu 4,9% aus normaler Materie, zu 0,1% aus Neutrinos und zu 0,01% aus dunkler Energie besteht Strahlung, und im Allgemeinen ist das alles.

Nachdem wir die heutige Expansion des Universums betrachtet haben, werden wir in der Lage sein, die Zeit zurück zu extrapolieren, die Geschichte seiner Expansion und damit das Alter herauszufinden.

Die resultierende Zahl - am genauesten aus dem Planck-Teleskop, aber ergänzt durch andere Quellen, zum Beispiel die Messung von Supernovae, einem Schlüsselprojekt des nach ihm benannten Teleskops Hubble für die Messung intergalaktischer Entfernungen und Sloans digitale himmlische Vermessung - wir erhalten, dass das Alter des Universums heute 13,81 Milliarden Jahre mit einem Fehler von nur 120 Millionen Jahren beträgt. Dies bedeutet, dass wir im Alter von 99,1% zuversichtlich sind, was sehr überraschend ist!

Ja, wir haben unterschiedliche Datensätze, die zu dieser Schlussfolgerung führen, aber tatsächlich ist die Methode dieselbe. Wir hatten einfach Glück, dass es ein kohärentes Bild gibt, auf das sie alle hinweisen, aber tatsächlich reicht keine dieser Einschränkungen allein aus, um zu sagen: "Dies ist unser Universum." Alle bieten eine Reihe von Optionen, und nur ihre Kreuzung sagt uns, wo wir leben.

Wenn das Universum die gleichen Eigenschaften hätte wie heute, aber es würde zu 100% aus normaler Materie bestehen, ohne dunkle Materie und dunkle Energie, dann müsste sein Alter nur 10 Milliarden Jahre betragen. Wenn das Universum 5% normale Materie hätte (ohne dunkle Materie und dunkle Energie) und die Hubble-Konstante 50 (km / s) / Mpc und nicht 70 (km / s) / Mpc wäre, wäre das Universum 16 Milliarden Jahre alt. Eine Kombination aller genauen Eigenschaften sagt jedoch etwas über das Alter von 13,81 Milliarden Jahren mit einer kleinen Fehlerquote aus. Und das ist eine erstaunliche Leistung der Wissenschaft.

Dies ist jedoch eine Methode. Er ist der Häuptling, der Beste, der Vollständigste, und Berge von Beweisen weisen auf ihn hin. Es gibt noch eine, und sie ist sehr nützlich, um die Ergebnisse zu überprüfen.

Wir kennen die Besonderheiten des Lebens der Sterne, das Verbrennen ihres Treibstoffs und ihren Tod. Genauer gesagt wissen wir, dass alle Sterne, wenn sie am Leben sind und den Hauptbrennstoff verbrennen (der die Synthese von Helium aus Wasserstoff durchführt), eine bestimmte Helligkeit und Farbe haben und diese Helligkeit und Farbe für eine bestimmte Zeit behalten: bis der Brennstoff in ihren Kernen ausgeht.

In diesem Moment beginnen die hellsten, blauesten und massereichsten Sterne, sich von der Hauptsequenz (einer gekrümmten Linie im Farbgrößendiagramm unten) „auszuschalten“ und verwandeln sich in Riesen und Überriesen.

Wenn wir diesen Abschaltpunkt in einer Gruppe von Sternen finden, die sich gleichzeitig gebildet haben, können wir - wenn wir wissen, wie die Sterne funktionieren - das Alter der Sterne in der Gruppe herausfinden. Wenn wir uns die ältesten Kugelsternhaufen ansehen, in denen die kleinsten Elemente die kleinsten sind, und sie mit den am wenigsten massereichen Sternen ausschalten, stellen wir fest, dass ihr Alter durchweg etwa 13,2 Milliarden Jahren entspricht und nicht mehr. (Aber es gibt einen schwerwiegenden Fehler von einer Milliarde Jahren).

Sterne, die 12 Milliarden Jahre oder weniger alt sind, sind sehr häufig, aber niemand hat Sterne gesehen, die 14 Milliarden Jahre oder älter sind, obwohl sie in den 1990er Jahren oft 14-16 Milliarden Jahre alt erwähnten (ein besseres Verständnis der Sterne und ihre Entwicklung reduzierten diese Schätzungen) .

Wir haben also zwei Methoden - eine aus der kosmischen Geschichte und eine aus der Messung nahegelegener Sterne -, die zeigen, dass das Alter unseres Universums zwischen 13 und 14 Milliarden Jahren liegt. Niemand wäre überrascht, wenn wir 13,6 oder 14,0 Milliarden Jahre alt wären, aber für uns mit sehr großer Genauigkeit, nicht 13,0 oder 15,0 Milliarden Jahre alt. Sie können mit Sicherheit das Alter von 13,8 Milliarden Jahren sagen - und jetzt wissen Sie warum!

Fragen Sie Ethan Nr. 99: Woher kennen wir das Alter des Universums?

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