Подсчитано гарвардским физиком профессором Ави Лёбом
Одна из примечательных идей библейской истории сотворения мира заключается в том, что у наблюдаемой Вселенной было начало во времени, что перекликается с современным представлением о Большом взрыве. Эта идея не находила отклика у таких учёных, как Альберт Эйнштейн, который в 1917 году добавил космологическую постоянную в свои уравнения общей теории относительности, чтобы уравновесить гравитационное притяжение материи и излучения и допустить существование статичной вечной Вселенной. Позже он понял, что такой хрупкий баланс неустойчив и приводит к образованию неоднородной Вселенной. Действительно, сегодня космологи объясняют появление таких галактик, как Млечный Путь, естественным следствием гравитационной нестабильности в расширяющейся Вселенной, содержащей космологическую постоянную.
Как мы можем определить текущий возраст Вселенной?
На локальном уровне мы видим, что Вселенная расширяется, а скорость удаления далеких галактик пропорциональна расстоянию до них. Коэффициент пропорциональности, названный постоянной Хаббла в честь астронома Эдвина Хаббла, представляет собой отношение скорости удаления к расстоянию. Время, прошедшее с тех пор, как эти галактики были в одной точке, равно расстоянию между ними, деленному на их скорость. Грубо говоря, это означает, что возраст Вселенной равен величине, обратной постоянной Хаббла. При текущем значении постоянной Хаббла, составляющем около 70 километров в секунду на мегапарсек, ее обратное значение равно 14 миллиардам лет.
Значение постоянной Хаббла до сих пор точно не установлено, поскольку различные методы измерения расстояний дают значения, отличающиеся на +/-5 %, как указано здесь. Эта неопределённость составляет 0,7 миллиарда лет.
Более точный подход заключается в том, чтобы проследить путь, который прошел свет с момента Большого взрыва, изучая реликтовое излучение — космическое микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение). Вселенная стала прозрачной для реликтового излучения, как только космическая температура опустилась ниже 4000 градусов по Кельвину, что позволило электронам соединиться с протонами и образовать атомы водорода. Это устранило «туман», связанный с рассеянием реликтового излучения электронами, примерно через 400 000 лет после Большого взрыва. Расстояние, которое прошли звуковые волны за это время, является мерилом для определения характерных особенностей яркости реликтового излучения. Угол, под которым оно наблюдается на небе, зависит от расстояния, которое прошло реликтовое излучение с тех пор, а это, учитывая скорость света, отражает возраст Вселенной. Акустические паттерны также можно обнаружить в крупномасштабном распределении материи, которое прослеживается по галактикам в современной Вселенной. Согласно этому подходу, возраст Вселенной составляет около 13,8 миллиарда лет.
Солнце сформировалось в последней трети космической истории, 4,6 миллиарда лет назад, а нашей современной технологической эре всего сто лет. Мы опоздали на космическую вечеринку.
Большинство звезд образовались раньше Солнца. Это дает нам второй способ измерения возраста Вселенной. Ни одна звезда не может быть старше Вселенной по одной простой причине. Если вернуться во времени к первой минуте после Большого взрыва, то можно увидеть, что космическая плотность материи и излучения была намного выше, чем внутри звезд. Ни одна звезда не смогла бы выжить в таких экстремальных условиях в ранней Вселенной. Таким образом, космическая археология может установить нижний предел возраста Вселенной, обнаружив древние звезды, сформировавшиеся в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва.
Недавние данные, полученные с помощью камеры Dark Energy Camera (DECam), установленной на 4-метровом телескопе имени Виктора Бланко в Чили, позволили обнаружить звезды в карликовой галактике Пиктор II, расположенной на расстоянии 150 000 световых лет от нас. Возраст этой галактики-спутника Млечного Пути составляет более 10 миллиардов лет. Одна из самых старых звезд — PicII-503, масса которой составляет всего 1/43 000 массы железа, содержащейся в Солнце, как сообщалось на прошлой неделе здесь.
Другой путь развития космической археологии связан с изучением материалов, переносимых межзвездными объектами, образовавшимися из обломков далеких звезд. Они также не могут быть старше Вселенной. Возраст межзвездных объектов можно определить с помощью изотопного датирования. Примечательно, что измерение соотношения дейтерия и водорода, а также 12C/13C, о котором сообщалось здесь и здесь на прошлой неделе, указывает на то, что возраст межзвёздного объекта 3I/ATLAS составляет 10–12 миллиардов лет, а значит, он мог образоваться в ранней Вселенной. Как я уже писал здесь, это ставит в тупик вопрос о том, откуда взялась материя в родительской звёздной популяции.
***
Жанна Кальман из Франции — самый старый из когда-либо живших людей, существование которого подтверждено документально. Она умерла в 1997 году в возрасте 122,45 года. Это в сто миллионов раз меньше возраста Вселенной. Казалось бы, тот факт, что мы живем меньше 0,00000001 процента космической истории, должен нас смирить. Но нет. Мы предпочитаем его игнорировать.
Несмотря на то, что наша жизнь коротка, мы предпочитаем тратить большую ее часть на конфликты друг с другом. Там, в небе, нас ждет гигантское космическое послание, которое говорит нам о том, насколько мы ничтожны. И все же даже профессиональные астрономы, посвятившие себя изучению космоса, придерживаются высокомерного мнения о том, что мы, возможно, находимся на вершине космической пищевой цепочки и что поиск внеземных технологических цивилизаций — это экстраординарная задача, которой не стоит заниматься в ущерб поиску микробов. Как еще можно объяснить тот факт, что в рамках Десятилетнего обзора по астрономии и астрофизике приоритет отдается инвестированию более 10 миллиардов долларов в поиск микробов, а не в поиск внеземных разумных существ?
Учитывая удручающую краткость нашего космического существования, мы утешаемся мыслью о том, что нас окружают низшие формы жизни.
Я отвергаю эту популярную в современных научных кругах точку зрения. Из чувства космической скромности я ставлю перед собой цель на протяжении всей оставшейся научной карьеры искать доказательства существования более развитых братьев и сестер в нашей семье разумных цивилизаций. Если такие доказательства будут найдены, произойдет новая коперниканская революция: мы окажемся не в интеллектуальном центре Вселенной.