Әлемнің жасын қалай білуге болады
Әлемнің жасы мәселесі космологиядағы ең іргелі мәселелердің бірі, яғни әлемнің шығу тегі мен эволюциясын зерттейтін астрономия саласы. Әлемнің жасын білу бізге қаншалықты алға жылжығанымызды түсінуге көмектеседі және басқа ғарыштық құбылыстарды түсінуге мүмкіндік береді. Бұл мақалада астрофизиктер әлемнің жасын анықтау үшін қолданатын кейбір негізгі әдістер, соның ішінде ғарыштық фондық радиацияны зерттеу, галактикалар мен ең көне жұлдыздарды талдау және теориялық модельдер сипатталады.
Ғарыштық микротолқынды фон сәулеленуі
Әлемнің жасын анықтаудың ең маңызды әдістерінің бірі - ғарыштық микротолқынды фондық сәулеленуді (ҒМС) бақылау. ҒМС - Үлкен жарылыстан кейін шамамен 380 000 жыл өткен кездегі ғаламнан қалған сәулеленудің «қазбасы». Бұл кезде ғалам протондар мен электрондардың сутегі атомдарына бірігуіне жеткілікті түрде салқындаған, бұл фотондардың - жарық бөлшектерінің - еркін қозғалуына мүмкіндік берген.
1965 жылы Арно Пензиас пен Роберт Уилсонның CMB-ны ашуы қазіргі заманғы космологиядағы маңызды кезең болды. WMAP (Wilkinson Microwave Aniotropy Zone) және Планк спутниктері сияқты күрделі құралдармен осы сәулеленуді бақылау CMB-дағы кішкентай температура ауытқулары туралы таңқаларлықтай дәл мәліметтер берді. Бұл ауытқулар алғашқы ғаламдағы заттың тығыздығын көрсетеді және ғалымдарды ғаламдағы зат пен энергияның таралуының дәлірек модельдеріне әкелді.
CMB бақылаулары арқылы біз өте жас ғаламның суретін ала аламыз. Үлкен жарылыс моделін және жарық жылдамдығы мен Хаббл тұрақтысы сияқты табиғи тұрақтыларды пайдаланып, ғаламның жасын бағалау үшін кері экстраполяция жасай аламыз. Осы жазба жазылып жатқан кезде CMB бақылаулары ғаламның шамамен 13.8 миллиард жыл екенін көрсетеді.
Жұлдыздар және шар тәрізді шоғырлар
Біздің галактикамыздағы ең көне жұлдыздарды талдау - ғаламның жасын анықтаудың тағы бір әдісі. Шар тәрізді шоғырланымдар - ежелгі жұлдыздардың тығыз, гравитациялық байланысқан жиынтығы. Шар тәрізді шоғырланымдардағы жұлдыздарды зерттеу арқылы біз ғаламның алғашқы дәуірлері туралы түсінік ала аламыз.
Жұлдыздар жақсы түсінікті өмірлік цикл арқылы эволюцияланады, газ бен шаң бұлтынан басталып, жұлдыздық жарқыл пайда болып, сутегі жанып, ақырында өледі. Жұлдыздық эволюция модельдерін қолдана отырып, астрономдар шар тәрізді шоғырларда ең көне жұлдыздардың жасын бағалай алады. Бұл шоғырлардың көпшілігі 11 мен 14 миллиард жыл аралығында, бұл CMB-нің ғаламның жасы туралы болжамын растайды.
Хаббл тұрақтысын өлшеу
Хаббл тұрақтысы (H0) ғаламның кеңею жылдамдығын өлшейді. Бұған Ia типті супернова және Цефеид айнымалылары сияқты алыс нысандарды бақылау арқылы қол жеткізіледі. Ia типті суперновалардың ғарыштық қашықтықтарды өлшеу үшін пайдаланылуы мүмкін стандартты жарықтығы бар, ал Цефеид айнымалы жұлдыздарының жарықтық кезеңі мен жарықтығы арасында жақсы байланыс бар.
Бұл нысандарға дейінгі қашықтықты өлшеп, оларды Әлемнің кеңеюіне байланысты болатын қызыл ығысуларды бақылаумен біріктірген кезде, ғалымдар Хаббл тұрақтысын есептей алады. Бұл тұрақтыны пайдаланып, Әлемнің жасын алу үшін нөлдік уақытқа (Үлкен жарылыс) экстраполяция жасай аламыз. Әртүрлі әдістер кейде H0 үшін сәл өзгеше мәндер бергенімен, бұл өлшеу ғарыштық жасты анықтаудың кілті болып табылады.
Теориялық модельдер және космологиялық модельдеулер
Теориялық тәсілдер де ғаламның жасын анықтауда шешуші рөл атқарады. Lambda-CDM (Lambda Cold Dark Matter) деп аталатын космологияның стандартты моделі шамамен 68% қараңғы энергиядан, 27% қараңғы материядан және 5% қарапайым материядан тұратын ғаламды сипаттайды. Бұл модельде Lambda қараңғы энергиямен байланысты космологиялық тұрақтыны білдіреді, бұл жеделдетілген кеңеюді тудырады.
Космологиялық модельдеулер суперкомпьютерлерді пайдаланып, Әлемнің эволюциясын Үлкен жарылыстың бастапқы жағдайларынан бастап, бүгінде біз байқайтын галактикалар мен галактика шоғырлары сияқты ірі құрылымдарға дейін модельдейді. Әлемнің осы эволюциясын модельдеу және болжамдарды астрономиялық бақылаулармен сәйкестендіру арқылы біз Әлемнің жасына қатысты дәлірек шектеулер ала аламыз. Lambda-CDM қазіргі уақытта Әлемнің жасы шамамен 13.8 миллиард жыл деген қорытындыны қолдайды.
Галактикалар және ірі құрылым
Галактикалардың мөлшері мен жасын бақылау ғаламның жасы туралы маңызды мәліметтер береді. Мысалы, астрономдар алыс галактикалардың қызыл ығысуын өлшей алады, бұл оларға бізден қаншалықты жылдам алыстап бара жатқанын анықтауға мүмкіндік береді. Бұл әдісті қолдана отырып, біз Үлкен жарылыстан кейін көп ұзамай - шамамен 400-700 миллион жылдан кейін - пайда болған галактикаларды бақылай аламыз.
Галактикалардың ірі масштабты таралу үлгілері ғаламның тереңдігі туралы бақылауларға да әкеледі. Бұл бақылаулар миллиондаған галактикалардың үш өлшемді орналасуын картаға түсіретін, уақыт өте келе үлкен құрылымдардың эволюциясын түсінуге мүмкіндік беретін Sloan Digital Sky Survey (SDSS) сияқты жобалар арқылы жүзеге асырылады. Содан кейін бұл деректер басқа әдістермен сәйкес ғаламның жасын есептеу үшін теориялық модельдермен бірге қолданылады.
Қорытынды
Әртүрлі ғылыми әдістер – тікелей бақылаулар да, теориялық модельдер де – бірге алғанда, ғаламның жасы туралы жан-жақты түсінік береді. Ғаламның жасын анықтау тек жылдарды санау ғана емес, сонымен қатар ғаламның өте ыстық және тығыз алғашқы күйінен бүгін көріп отырған күрделі және үлкен құрылымға қалай эволюцияланғанын түсіну де болып табылады. CMB бақылауларының, ең көне жұлдыздардың, Хаббл тұрақтысының өлшемдерінің және теориялық модельдердің үйлесімі біздің ғаламымыздың шамамен 13.8 миллиард жыл екендігі туралы берік ғылыми консенсус береді.
Әлемнің жасын анықтау қазіргі заманғы космологиядағы мұқият эмпирикалық бақылаулар мен терең теориялық жұмыстардың біріккен күшінің дәлелі болып табылады. Жаңа құралдар мен әдістер үнемі дамып келе жатқандықтан, болашақ біздің ғарыш тарихымызға одан да дәл және терең түсініктер береді.
