Кіріспе
Үлкен жарылыстан бері өткен уақыт – ғаламның жасын ғылыми түрде бағалау. Физикалық космологияда ғаламның жасы – Үлкен жарылыстан бері өткен уақыт. Астрономдар ғаламның жасын екі түрлі өлшеу арқылы анықтады: ғаламның ерте кезеңін тікелей бақылауға негізделген өлшеу, 2021 жылғы мәліметтер бойынша Lambda CDM конкорданстық моделімен түсіндірілгенде 13,787 миллиард жылды көрсетеді; және жергілікті, қазіргі ғаламды бақылауға негізделген өлшеу, ол одан жас жасты көрсетеді. Бірінші өлшеудің қателігі бірнеше зерттеулердің нәтижесінде 20 миллион жылға дейін қысқартылды, олардың барлығы жасқа қатысты ұқсас мәндерді көрсетеді. Бұл зерттеулерге Планк ғарыш аппараты, Уилкинсон микротолқынды анизотропиялық зонды және басқа ғарыш зондтары арқылы микротолқынды фондық сәулеленуді зерттеулер кіреді. Космикалық фондық сәулеленуді өлшеу ғаламның Үлкен жарылыстан бері салқындау уақытын көрсетеді, ал ғаламның кеңею жылдамдығын өлшеу оның шамамен жасын уақытты кері экстраполяциялау арқылы есептеуге мүмкіндік береді. Бағалаудың диапазоны ғаламдағы ең ескі жұлдыздың жасына дейін сәйкес келеді.
scientific estimates of the age of the universe
In physical cosmology, the age of the universe is the time elapsed since the Big Bang. Astronomers have derived two different measurements of the age of the universe: a measurement based on direct observations of an early state of the universe, which indicate an age of 13.787 billion years as interpreted with the Lambda CDM concordance model as of 2021; and a measurement based on the observations of the local, modern universe, which suggest a younger age. The uncertainty of the first kind of measurement has been narrowed down to 20 million years, based on a number of studies that all show similar figures for the age. These studies include researches of the microwave background radiation by the Planck spacecraft, the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe and other space probes. Measurements of the cosmic background radiation give the cooling time of the universe since the Big Bang, and measurements of the expansion rate of the universe can be used to calculate its approximate age by extrapolating backwards in time. The range of the estimate is also within the range of the estimate for the oldest observed star in the universe.
Космологиялық параметрлері
Ғаламның жасын анықтау мәселесі космологиялық параметрлердің мәндерін анықтау мәселесімен тығыз байланысты. Бүгінде бұл көбінесе ΛCDM моделі аясында жүзеге асырылады, онда ғаламда қалыпты (бариондық) материя, суық қара материя, сәулелену (фотон және нейтриноны қоса алғанда) және космологиялық тұрақты бар деп есептеледі. Әрқайсысының ғаламның қазіргі энергия тығыздығына үлесі тығыздық параметрлері арқылы беріледі және , ал толық ΛCDM моделі басқа да бірқатар параметрлермен сипатталады. Бірақ оның жасын есептеу үшін бұл үшеуі, Хаббл параметрімен бірге , ең маңызды болып табылады. Егер осы параметрлердің нақты өлшемдері болса, онда ғаламның жасын Фридманн теңдеуін қолдану арқылы анықтауға болады. Бұл теңдеу масштаб факторының өзгеру жылдамдығын ғаламның материялық құрамымен байланыстырады. Бұл қатынасты кері пайдаланып, масштаб факторының өзгеруіне шаққанда уақыттың өзгеруін есептеуге және осы формула арқылы ғаламның жалпы жасын есептеуге болады. Онда жас келесі формуламен беріледі:
мұнда – Хаббл параметрі және функциясы ғаламның энергия құрамына түрлі компоненттерден түсетін үлестік үлесіне ғана тәуелді. Осы формуладан шығатын бірінші байқау – ғаламның жасын Хаббл параметрі бақылайды, ал материя мен энергияның құрамына байланысты түзетулер енгізіледі. Сондықтан ғаламның жасын шамамен бағалау үшін Хаббл уақытын, яғни Хаббл параметрінің кері шамасын пайдалануға болады. мәні 69-ға жуық болғанда, Хаббл уақыты 14,5 миллиард жылға тең болады. Нақтырақ мән алу үшін түзету функциясын есептеу қажет. Әдетте, бұл сандық түрде жасалады, ал космологиялық параметрлердің мәндерінің диапазоны бойынша нәтижелер суретте көрсетілген. Планк мәндері үшін (0,3086, 0,6914), суреттің жоғарғы сол жақ бұрышындағы тіктөртбұрышпен көрсетілген, бұл түзету коэффициенті шамамен тең: . Космологиялық тұрақтысы жоқ және жазық ғалам үшін (суреттің төменгі оң жақ бұрышындағы жұлдызбен көрсетілген), бұл мән әлдеқайда кішкентай, сондықтан Хаббл параметрінің тұрақты мәні үшін ғалам жасырақ болады. Бұл суретті жасау үшін тұрақты ұсталады (бұл ғарыштық микротолқындық фон температурасын тұрақты ұстауға тең), ал қисықтық тығыздық параметрі басқа үш параметрдің мәнімен анықталады. Планк спутнигінен басқа, Уилкинсон микротолқындық анизотропиялық зонды (WMAP) ғаламның нақты жасын анықтауда маңызды рөл атқарды, бірақ нақты мән алу үшін басқа өлшемдерді де ескеру керек. КМТ өлшемдері материяның құрамын және қисықтық параметрін шектеуде өте жақсы. Ол тікелей мәніне әсер етпейді. Космологиялық тұрақтыны енгізу ғаламның осы шоғырлардан ескі болуына мүмкіндік береді, сондай-ақ материя ғана бар модельдерде түсіндірілмейтін басқа да ерекшеліктерді түсіндіруге көмектеседі.
WMAP
2012 жылы NASA-ның Уилкинсон микротолқынды анизотропиялық зонд (WMAP) жобасының тоғыз жылдық деректері ғаламның жасын 13,772 миллиард жыл (плюс-минус 59 миллион жыл қателікпен) деп бағалады. Бұл өлшеу, микротолқынды фондық қуат спектріндегі бірінші акустикалық шықтың орналасуын пайдаланып, ажырату бетінің (қайта бірігу кезіндегі ғаламның көлемі) мөлшерін анықтау арқылы жүзеге асырылады. Осы бетке жарық жеткен уақыт (қолданылған геометрияға байланысты) ғаламның жасын анықтауға мүмкіндік береді. Осы жасты анықтау үшін қолданылған модельдердің дұрыстығын ескере отырып, қалдық дәлдік шамамен бір проценттік қателік шегін көрсетеді.