宇宙“考古”何必走远 银河系后院就可以

根据美国宇航局官方网站的最新消息，天文学家使用哈勃太空望远镜精确测量了地球和NGC 6397之间的距离，NGC 6397是宇宙中最古老的天体系统之一。

最新的测量显示，NGC 6397有134亿年的历史，距离地球7800光年。7800光年是什么意思？银河系直径为100，000光年，地球距离银河系中心26，000光年。从银河系或宇宙的角度来看，NGC 6397真的可以被视为银河系后院地球的邻居。

问题是这样的。为什么地球周围有这么古老的星团？宇宙的膨胀不会使它远离地球吗？星团中的所有恒星都是同一年龄吗？天文学家如何确定天体的年龄？

与地球一起运动的球状星团

拿着球保暖不是人类的专利。数万甚至数十万颗恒星聚集在一起形成一个球状星团，称为球状星团。星团中的恒星高度集中，因为它们被重力紧紧地束缚着。离中心越近，恒星越密集。

有些人喜欢粘在一起，自然也有些人喜欢放松。球状星团和开放星团是银河系中的两个主要星团。球状星团相对来说比较古老，通常有超过100亿年的历史。开放集群相对年轻。

“不管它被称为什么样的星团，它都意味着一个假设，即这个星团中的所有恒星都是同时产生的。原则上，我们认为它们应该具有相同的初始化学成分，不同的进化轨迹主要反映不同的质量。”国家天文台副研究员李海宁说。

人们普遍认为，大爆炸开始时产生的物质将随着宇宙的膨胀而继续扩散和消失。离地球很远的天体通常更古老。例如，一个天体离地球有100亿光年远。它发出的光到达地球需要100亿年。可以想象，它的年龄至少是100亿年。

那么为什么地球周围会有非常古老的星团呢？难道宇宙的膨胀没有让他们远离地球吗？在李海宁看来，这并不奇怪。

她解释说天文学中有一个概念叫做共动。事实上，地球不是太阳系的中心，也不是银河系的中心，也不是宇宙爆炸的起点。银河系形成后，银河系中有一些非常古老的物质。地球和它们随着宇宙的膨胀一起膨胀，这是共同运动的表现。

“宇宙中是否有一个中心或者宇宙的中心在哪里仍然是未知的。我们的位置只是宇宙中的一个共同点，和其他地方一样。”李海宁说，如果宇宙的膨胀非常快而且相对均匀，那么可以认为应该到处都有最早的物质和信息，包括银河系附近。因此，靠近地球的不一定是年轻的物质。

在银河系寻找“宇宙化石”

根据现有的理论，宇宙的年龄大约是137亿年。为了探索宇宙的起源和演化，人们选择看离地球很远的天体。因为离地球越远，天体就越古老。相关的研究被称为远场宇宙学。

然而，遥远的天体光线相对较暗，这需要高观测技术和设备，使得观测非常困难。受观测技术和设备的限制，人们对可见物质的形成知之甚少，也就是说，100多亿年前第一代恒星形成和星系形成的历史。

由于很难远眺，而且在银河系中地球周围有接近宇宙年龄的天体，宇宙的“考古”能在附近进行吗？答案是肯定的。

“与传统的观测距离相比，在银河系中寻找‘化石’来研究宇宙演化的方法被称为近场宇宙学。”李海宁说道。一些非常古老的天体保留了许多宇宙早期的重要信息，天文学家亲切地称之为“宇宙化石”。

事实上，古代地质时代的地球和地球上生长的各种生物早已不复存在，但是科学家们可以通过化石的研究，为生物的起源和进化画出一幅合理的图画。同样，宇宙的进化也可以通过寻找相似的“宇宙化石”来研究。

恒星年龄是一个重要的参数。

对“宇宙化石”和宇宙“考古学”的研究经常需要测量恒星的年龄。李海宁介绍说，测量年龄的方法主要有三种，即河洛图法、同位素法和星震法。

天文学家把恒星的光度和表面温度放在一张地图上，形成了英雄地图。这是天文学家研究恒星演化的重要工具，使科学家能够对恒星进行“年龄调查”。李海宁说这颗恒星大部分时间都在主序列区。通过观察它在希律王主序列区的位置，并将其与理论给出的模型进行比较，我们可以推断它在主序列中进化了多长时间，从而给出它的年龄。

地球上的考古学，为了了解一件器物的年代，会采取碳同位素测量的方法。事实上，测量天体年龄也有类似的方法。例如，李海宁说，在测量恒星光谱后，每条谱线将对应于某一元素。通过分析谱线，我们可以推断出恒星中含有多少放射性元素，如铀和钍，然后根据衰变元素的丰度比来判断恒星的年龄。根据恒星演化理论，这颗恒星的年龄可以通过两种放射性核素含量的比值来计算

星震法是探测相互靠近的恒星的脉动特征，然后将其与相关的理论模型进行比较，从而准确地确定其演化阶段。结合它的质量，可以推断出它的年龄。

然而，准确确定恒星的年龄并不容易，这三种方法也各有优缺点。李海宁说，随着盖亚卫星观测数据的发布和中天系外行星测量卫星(TESS)全天观测的开始，我们将能够获得越来越准确的银河系恒星的距离和天体地震学数据，从而更好地确定它们的年龄。