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银河系的年龄怎么测量?

今天小编为大家带来了一篇《银河系的年龄怎么测量?》的文章,感兴趣的读者朋友可以跟着小编一起看一看。

银河系多大了?你问我,我也不知道,好吧,只能问科学家了……

银河系到底多大了?说实话,关于银河系的年龄,或许我们没有资格谈论,唯一可以确定的一点是银河系已经非常非常古老了!但是我们真的很好奇:银河系到底多大了?感谢地球上的科学家,他们做到了!

由于科学家采用不用的方法来测量银河系的年龄,因此一直以来,天文界对银河系的年龄说法并不一致。大致区间在70亿至200亿年,当然,我们知道宇宙的年龄仅有137亿年,因此银河系的年龄也不能计算得太过分。在1983年,来自美国的著名教授纳斯·詹姆士和彼雷·迪马库,使用一种新的测量技术对银河系的年龄进行了反复的计算,最后测定银河系的年龄接近120亿岁。事实上科学家经过多方计算确定银河系的年龄最大不超过120亿岁!

测量银河系的方法

那么,科学家到底是怎么测量银河系年龄的呢?相信大家都知道木桶效应,最短的那根木板决定了木桶的装载极限。同理,我们只要找到银河系中最老的那颗恒星,是不是就可以直到银河系的年龄了呢?答案也正是如此,科学家们也是通过最老恒星的年龄来得出银河系的年龄。但是你知道,我们身处银河系之中,要扫遍银河系的古老恒星,那工程不是一般的大。银河系的直径长达十万光年,其中包含无数星系,包括1000~4000亿颗恒星和大量的星团、星云,等你扫完或许地球都已经垂垂老矣。

因此要达到这种探测距离地球十分遥远的地外星球的年龄的目的,就需要借助先进的方法,目前 科学家们所使用的方法是核纪年法。

元素半衰期

放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间,叫半衰期。半衰期越短,代表其原子越不稳定,每颗原子发生衰变的机会率也越高。

具体来说,就是通过用当代先进的天文望远镜以及高分辨率光谱仪观测星球上放射性元素,而后利用某些放射性中子俘获的元素丰度数据来对放射性物质的半衰期进行分析,得出的半衰期时间,最后通过这些方法可以测得星球的年龄,以此类推最后找出银河系中年龄最大的星球来推算出银河系的年龄。

有些人认为这类恒星或许早已消失也说不定,因为一般来说银河系中所诞生的第一代恒星普遍具有非常大的质量,超过太阳质量的数百倍。在这样的恒星内部,其核聚变反应极其快速,甚至只有几百万年的时间就可以让这些恒星经历整个恒星的进化过程而最终死亡称为白矮星。因此实际上科学家也有通过测量白矮星质量来确定年龄的方法。因此,现代天文学家认为可以把那些最为年老恒星的年龄作为银河系诞生的年龄。但是这种方法有一定的误差,于是科学家们发明了一种新的测量银河系年龄的方法,并成功测出银河系的年龄!

测量银河系年龄的新方法

我们知道,与宇宙中的许多其他螺旋星系一样,银河系有两个圆盘状结构组成:薄圆盘和厚圆盘。厚圆盘包围着薄圆盘,包含了银河系中大约20%的恒星,根据其恒星的组成(和膨胀的性质,它被认为是这对恒星中较老的。

然而,在最近的一项研究中,一个由38名科学家组成的团队,由澳大利亚ARC三维全天空天体物理学卓越中心(ASTRO-3D)的研究人员领导,利用现在已经退役的开普勒任务的数据,测量银河系盘中的星震。据此,他们修正了官方对银河系厚盘年龄的估计,他们得出的结论是,该厚盘的年龄约为100亿年,比原先测出的银河系年龄早了20亿年。

星震学

为了确定厚圆盘的年龄,夏尔马博士和他的团队采用了一种被称为星震学的方法。原理是测量一颗恒星因星震而产生的振荡,因为恒星的外壳会经历类似于地震的突然移动,而地震在恒星内部产生声波,使它们发出响声或振动。产生的频率告诉我们恒星的内部属性,包括它们的年龄。这一过程使研究人员能够银河系的历史进行反馈,进而捕捉到银河系形成的时间,时间跨度可以捕捉到130亿年前。

不过,天文学家无法探测到恒星产生的实际地震的“声音”反馈。相反,恒星内部的运动是根据恒星亮度的变化来测量的。此前,天文学家曾注意到,开普勒任务的观测结果与银河系的结构模型不符,后者预测厚圆盘拥有更多的低质量恒星。到目前为止,科学家还不清楚这种差异是由于银河系模型的不精确,还是由于恒星选择标准有误差的问题。幸运的是,通过使用来自K2任务的新数据,科学家发现是银河系模型造成的误差,基本上,以前的银河系模型假设厚圆盘由低质量、低金属含量的恒星构成。然而,使用K2任务数据进行新的光谱分析,科学家发现现有模型是不正确的,因而导致年龄的估值错误。通过考虑这一点,科学家成功使用星震数据得出与银河系模型预测的一致结果。

终语

正如科学家的研究,其实我们对银河系的认知正在一步步地深入,当我们达到了某一个探索的临界点,必然有一个线索指引着我们打开更加神秘的未知大门,银河系的年龄只是我们初窥银河系的一眼,真正的探索才要开始!

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