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你知道宇宙有多少岁吗?

科普小知识2022-05-25 14:11:14
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你知道宇宙有多少岁吗?

科学家在银河系外缘的一颗古老恒星上观察到了铀元素的谱线,据此推算出该恒星上铀元素的含量。在将它与钍元素含量进行比较后,得出结论认为,宇宙的年龄至少有 125 亿年。据称这是迄今对宇宙最低年龄最精确的直接推算。

法国巴黎天文台的科学家在 8 日出版的英国《自然》杂志上报告说,他们与欧洲其它国家及美国的科学家合作,利用欧洲南方天文台设在智利的“大望远镜”的高精度光谱仪,观察到了这颗名为CS31082-001 的贫金属恒星上的铀 238 谱线。这是人们首次在贫金属恒星上发现铀元素谱线,对精确推断宇宙年龄非常重要。

根据现代天文学理论,幼年的宇宙基本上由氢和氦构成,金属等重元素是后来在恒星的核反应中形成的。宇宙中最初产生的一批恒星在生命终结时产生超新星爆发,喷出大量物质,其中就含有在恒星核反应炉里产生的铁等重元素。同时,超新星爆发的过程中还会产生铀、钍等较为稳定的放射性重元素。

当第二代恒星从超新星的残骸中诞生时,会“捡到”一些铁、铀、钍等元素。如果一颗第二代恒星里的重元素含量特别少,表明它诞生时还没有多少第一代恒星死去,可供捕获的重元素不多,因此这颗恒星必定非常古老。这类恒星被称为贫金属恒星,人们已经在银河系外缘部分观察到了这样一些恒星,并通过观察恒星大气中的钍 232 元素光谱,推算钍元素含量,进而估计宇宙的最低年龄。

但是,仅仅从钍元素的含量推导宇宙最低年龄并不十分可靠,而且钍 232 的半衰期长达 141 亿年,这把尺子的“刻度”太大,得出的结果必然不精确。科学家在这颗贫金属恒星上同时发现铀 238 的谱线,使局面大为改观。因为超新星爆发时产生的钍元素和铀元素含量比例是固定的,而两种元素的半衰期不同,因此这颗恒星上的钍、铀含量比例,与恒星的年龄密切相关。此外,铀 238 的半衰期为 45 亿年,用它作量度宇宙年龄的尺子,结果将更为精确。

科学家据此初步推算出,宇宙年龄至少有 125 亿年,误差为前后 30 亿年,这不仅比根据宇宙膨胀率来间接推算宇宙年龄的方法更可靠,也比以前仅用钍元素时误差前后 40 亿年的情形要精确很多。科学家说,通过继续研究这颗恒星上的放射性重金属谱线,并寻找其它含铀的贫金属恒星,有望进一步提高推算结果的精度。