Ինչպես պարզել տիեզերքի տարիքը
Տիեզերքի տարիքի հարցը տիեզերագիտության՝ տիեզերքի ծագումն ու զարգացումն ուսումնասիրող աստղագիտության ճյուղի՝ ամենահիմնարարներից մեկն է։ Տիեզերքի տարիքի իմացությունը մեզ օգնում է հասկանալ, թե որքան հեռու ենք գնացել և ապահովում է այլ տիեզերական երևույթները հասկանալու համատեքստ։ Այս հոդվածը կնկարագրի աստղաֆիզիկոսների կողմից տիեզերքի տարիքը որոշելու համար օգտագործվող որոշ հիմնական մեթոդներ , ներառյալ տիեզերական ֆոնային ճառագայթման ուսումնասիրությունը, գալակտիկաների և ամենահին աստղերի վերլուծությունը, ինչպես նաև տեսական մոդելները։
Տիեզերական միկրոալիքային ֆոնային ճառագայթում
Տիեզերքի տարիքը որոշելու ամենակարևոր մեթոդներից մեկը տիեզերական միկրոալիքային ֆոնային ճառագայթման (ԿՄՖ) դիտարկումներն են: ԿՄՖ-ն ճառագայթման «բրածո» է, որը մնացել է Մեծ պայթյունից մոտ 380,000 տարի անց տիեզերքի գոյության ժամանակաշրջանից: Այդ ժամանակ տիեզերքը բավականաչափ սառել էր, որպեսզի պրոտոններն ու էլեկտրոնները միավորվեին ջրածնի ատոմների մեջ, ինչը թույլ էր տալիս ֆոտոններին՝ լույսի մասնիկներին, ազատորեն շարժվել:
1965 թվականին Արնո Պենզիասի և Ռոբերտ Ուիլսոնի կողմից ԿՄԲ-ի հայտնաբերումը ժամանակակից տիեզերագիտության կարևորագույն նվաճումներից էր։ Այս ճառագայթման դիտարկումները բարդ գործիքներով, ինչպիսիք են WMAP-ը (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) և Planck արբանյակները, զարմանալիորեն ճշգրիտ մանրամասներ են տրամադրել ԿՄԲ-ի փոքր ջերմաստիճանի տատանումների մասին։ Այս տատանումները արտացոլում են նյութի խտությունը վաղ տիեզերքում և գիտնականներին հանգեցրել են տիեզերքում նյութի և էներգիայի բաշխման ավելի ճշգրիտ մոդելների։
Մեծ պայթյունի մոդելի և լույսի արագության ու Հաբլի հաստատունի նման բնական հաստատունների միջոցով մենք կարող ենք պատկերացում կազմել տիեզերքի շատ երիտասարդ մասի մասին։ Մեծ պայթյունի մոդելի և լույսի արագության ու Հաբլի հաստատունի նման բնական հաստատունների միջոցով մենք կարող ենք էքստրապոլյացիա անել՝ տիեզերքի տարիքը գնահատելու համար։ Այս գրության պահին Մեծ պայթյունի աստղադիտակի դիտարկումները ցույց են տալիս, որ տիեզերքը մոտավորապես 13.8 միլիարդ տարեկան է։
Աստղեր և գնդաձև կույտեր
Մեր գալակտիկայի ամենահին աստղերի վերլուծությունը տիեզերքի տարիքը որոշելու մեկ այլ մեթոդ է: Գնդաձև կույտերը հին աստղերի խիտ, գրավիտացիոն առումով կապված հավաքածուներ են: Գնդաձև կույտերի մեջ մտնող աստղերն ուսումնասիրելով՝ մենք կարող ենք պատկերացում կազմել տիեզերքի վաղ դարաշրջանների մասին:
Աստղերը զարգանում են լավ հասկացված կենսական ցիկլով՝ սկսելով գազի և փոշու ամպից, զարգացնելով աստղային բռնկում, այրելով ջրածին և վերջապես մահանալով: Աստղային էվոլյուցիայի մոդելների միջոցով աստղագետները կարող են գնահատել գնդաձև կլաստերների ամենահին աստղերի տարիքը: Այս կլաստերներից շատերը 11-ից 14 միլիարդ տարեկան են, ինչը հաստատում է տիեզերքի տարիքի վերաբերյալ CMB-ի գնահատականը:
Հաբլի հաստատունի չափումը
Հաբլի հաստատունը (H0) չափում է տիեզերքի ընդարձակման արագությունը։ Սա իրականացվում է հեռավոր մարմինների, ինչպիսիք են Ia տիպի գերնոր աստղերը և ցեֆեիդ փոփոխականները, դիտարկելով։ Ia տիպի գերնոր աստղերն ունեն ստանդարտ լուսատվություն, որը կարող է օգտագործվել տիեզերական հեռավորությունները չափելու համար, մինչդեռ ցեֆեիդ փոփոխական աստղերն ունեն լավ կապ իրենց լուսատվության պարբերության և լուսատվության միջև։
Երբ մենք չափում ենք այս մարմինների հեռավորությունները և համատեղում դրանք դրանց կարմիր շեղումների դիտարկումների հետ, որոնք տեղի են ունենում տիեզերքի ընդարձակման պատճառով, գիտնականները կարող են հաշվարկել Հաբլի հաստատունը: Այս հաստատունն օգտագործելով՝ մենք կարող ենք էքստրապոլյացիա կատարել մինչև զրոյական ժամանակ (Մեծ պայթյուն)՝ տիեզերքի տարիքը ստանալու համար: Չնայած տարբեր մեթոդներ երբեմն H0-ի համար տալիս են մի փոքր տարբեր արժեքներ, այս չափումը տիեզերական տարիքը որոշելու բանալին է:
Տեսական մոդելներ և տիեզերական մոդելավորումներ
Տեսական մոտեցումները նույնպես կարևոր դեր են խաղում տիեզերքի տարիքը որոշելու գործում: Կոսմոլոգիայի ստանդարտ մոդելը, որը հայտնի է որպես Լամբդա-CDM (Լամբդա սառը մութ նյութ), նկարագրում է տիեզերք, որը կազմված է մոտավորապես 68% մութ էներգիայից, 27% մութ նյութից և 5% սովորական նյութից: Այս մոդելում Լամբդան վերաբերում է մութ էներգիայի հետ կապված տիեզերական հաստատունին, որը առաջացնում է արագացված ընդարձակում:
Տիեզերական մոդելավորումները գերհամակարգիչներ են օգտագործում տիեզերքի էվոլյուցիան մոդելավորելու համար՝ սկսած Մեծ Պայթյունի սկզբնական պայմաններից մինչև այսօր դիտարկվող խոշորամասշտաբ կառուցվածքները, ինչպիսիք են գալակտիկաները և գալակտիկաների կույտերը: Տիեզերքի այս էվոլյուցիան մոդելավորելով և կանխատեսումները համապատասխանեցնելով աստղագիտական դիտարկումներին, մենք կարող ենք ստանալ տիեզերքի տարիքի ավելի ճշգրիտ սահմաններ : Lambda-CDM-ը ներկայումս հաստատում է այն եզրակացությունը, որ տիեզերքը մոտ 13.8 միլիարդ տարեկան է:
Գալակտիկաներ և մեծածավալ կառուցվածք
Գալակտիկաների չափերի և տարիքի դիտարկումը նաև կարևոր հուշումներ է տալիս տիեզերքի տարիքի մասին : Օրինակ, աստղագետները կարող են չափել հեռավոր գալակտիկաների կարմիր շեղումը, ինչը թույլ է տալիս նրանց որոշել, թե որքան արագ են դրանք հեռանում մեզանից: Այս տեխնիկան օգտագործելով՝ մենք կարող ենք դիտարկել գալակտիկաներ, որոնք ձևավորվել են Մեծ պայթյունից կարճ ժամանակ անց՝ մոտ 400-ից 700 միլիոն տարի անց:
Գալակտիկաների մեծածավալ բաշխման օրինաչափությունները նաև հանգեցնում են տիեզերքի խորությունների վերաբերյալ դիտարկումների: Այս դիտարկումները կատարվում են այնպիսի նախագծերի միջոցով, ինչպիսին է Sloan Digital Sky Survey (SDSS)-ը, որը քարտեզագրում է միլիոնավոր գալակտիկաների եռաչափ դիրքերը՝ թույլ տալով մեզ հասկանալ մեծ կառուցվածքների էվոլյուցիան ժամանակի ընթացքում: Այս տվյալները այնուհետև օգտագործվում են տեսական մոդելների հետ՝ տիեզերքի տարիքը հաշվարկելու համար՝ համապատասխանեցնելով այն այլ մեթոդների հետ:
Եզրակացություն
Միասին վերցրած, տարբեր գիտական մեթոդներ՝ թե՛ ուղղակի դիտարկումները, թե՛ տեսական մոդելները, ստեղծում են տիեզերքի տարիքի համապարփակ պատկեր։ Տիեզերքի տարիքի որոշումը միայն տարիները հաշվելու հարց չէ, այլև այն բանի, թե ինչպես է տիեզերքը զարգացել իր չափազանց տաք և խիտ վաղ վիճակից մինչև այսօր տեսնող բարդ և զանգվածեղ կառուցվածքը։ CMB-ի, ամենահին աստղերի դիտարկումների, Հաբլի հաստատունի չափումների և տեսական մոդելների համադրությունը ապահովում է գիտական ամուր կոնսենսուս, որ մեր տիեզերքը մոտավորապես 13.8 միլիարդ տարեկան է։
Տիեզերքի տարիքի որոշումը ժամանակակից տիեզերագիտության մեջ ուշադիր էմպիրիկ դիտարկումների և խորը տեսական աշխատանքի համակցված ուժի վկայությունն է: Նոր գործիքների և տեխնիկայի անընդհատ զարգացման շնորհիվ ապագան խոստանում է մեր տիեզերական պատմության ավելի ճշգրիտ և խորը պատկերացումներ:
