Kozmik yaş sorunu - Cosmic age problem
Kozmik yaş sorunu ile ilgili astronomi tarihi bir sorundur evrenin yaşı . Sorun, 20. yüzyılın çeşitli zamanlarında, evrendeki bazı nesnelerin , Hubble sabiti olarak bilinen , H ile gösterilen evrenin genişleme hızının ölçümlerinden tahmin edildiği gibi , Big Bang'den bu yana geçen süreden daha eski olduğu tahmin edilmesiydi. 0 . (Genellikle zamana göre değiştiği için buna Hubble parametresi daha doğru olarak adlandırılır). Eğer öyleyse, galaksiler, yıldızlar ve gezegenler gibi nesneler Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra aşırı sıcaklık ve yoğunluklarda var olamazlardı çünkü bu bir çelişkiyi temsil ederdi.
1997-2003 yıllarından bu yana, sorunun çoğu kozmolog tarafından çözüldüğüne inanılıyor: modern kozmolojik ölçümler , evrenin yaşının (yani Büyük Patlama'dan bu yana geçen süre) 13,8 milyar yıllık kesin bir tahminine ve son yaş tahminlerine yol açar. en eski nesneler ya bundan daha genç ya da tutarlı ölçüm belirsizliklerine izin veriyor.
İlk yıllar
1920'lerde Alexander Friedmann ve Georges Lemaitre tarafından Friedmann denklemlerinin teorik gelişmelerinin ve 1929'da Edwin Hubble tarafından genişleyen evrenin keşfinin ardından, bu genişlemeyi zamanda geriye doğru izlemenin, evrenin neredeyse sıfır büyüklüğe sahip olduğunu öngördüğü hemen açıktı. geçmişte sonlu bir zaman. Başlangıçta Lemaitre tarafından "İlkel Atom" olarak bilinen bu kavram, daha sonra modern Big Bang teorisinde detaylandırılmıştır . Eğer evren geçmişte sabit bir hızla genişlemiş olsaydı, evrenin şimdiki yaşı (yani Büyük Patlama'dan bu yana geçen zaman) basitçe Hubble sabitinin tersidir ve genellikle Hubble zamanı olarak bilinir . Sıfır kozmolojik sabite ve pozitif madde yoğunluğuna sahip Big Bang modelleri için , gerçek yaş bu Hubble zamanından biraz daha genç olmalıdır; tipik olarak yaş, maddenin yoğunluğuna bağlı olarak Hubble zamanının %66 ile %90'ı arasında olacaktır.
Hubble'ın sabitinin erken tahmini 550 (km/s)/Mpc idi ve bunun tersi 1.8 milyar yıldır. 1920'lerde Arthur Holmes gibi birçok jeolog tarafından Dünya'nın muhtemelen 2 milyar yıldan daha yaşlı olduğuna, ancak büyük bir belirsizlikle inanılıyordu . Dünya ve evrenin yaşları arasındaki olası farklılık , Büyük Patlama'ya alternatif olarak 1948'de Durağan Durum teorisinin geliştirilmesi için muhtemelen bir motivasyondu ; (artık modası geçmiş) durağan hal teorisinde, evren sonsuz derecede eskidir ve ortalama olarak zamanla değişmez. Kararlı hal teorisi, evren genişledikçe ortalama yoğunluğu sabit tutmak için maddenin kendiliğinden yaratıldığını varsayıyordu ve bu nedenle çoğu galaksinin yaşı hala 1/H 0'dan küçük . Bununla birlikte, H 0 550 (km/s)/Mpc olsaydı, Samanyolu galaksimiz diğer birçok galaksiye kıyasla son derece büyük olurdu, bu nedenle ortalama bir galaksiden çok daha yaşlı olabilirdi, bu nedenle yaş sorununu ortadan kaldırırdı.
1950–1970
1950'lerde, Hubble'ın ekstragalaktik uzaklık ölçeğinde iki önemli hata keşfedildi: ilk olarak 1952'de Walter Baade , Cepheid değişen yıldızlarının iki sınıfı olduğunu keşfetti . Hubble'ın örneği, yakınlardaki ve diğer galaksilerdeki farklı sınıflardan oluşuyordu ve bu hatayı düzeltmek, diğer tüm galaksileri Hubble'ın değerlerinden iki kat daha uzak yaptı, böylece Hubble zamanını iki katına çıkardı. Allan Sandage ve iş arkadaşları tarafından ikinci bir hata keşfedildi : Yerel Grup'un ötesindeki galaksiler için , Cepheidler Hubble'ın aletleriyle gözlemlenemeyecek kadar zayıftı, bu yüzden Hubble uzaklık göstergesi olarak en parlak yıldızları kullandı. Hubble'ın "en parlak yıldızlarının" çoğu, aslında çok sayıda yıldız içeren HII bölgeleri veya kümeleriydi, bu da bu daha uzak gökadalar için başka bir mesafenin daha az tahmin edilmesine neden oldu. Böylece, 1958'de Sandage, Hubble sabitinin 75 (km/s)/Mpc'de, 68-74 (km/s)/Mpc'lik modern tahminlere yakın olan, makul derecede doğru ilk ölçümünü yayınladı.
Dünya'nın yaşı (aslında Güneş Sistemi) ilk olarak 1955 civarında Clair Patterson tarafından 4.55 milyar yılda doğru olarak ölçüldü , esasen modern değerle aynı. H 0 ~ 75 (km/s)/Mpc için H 0'ın tersi 13.0 milyar yıldır; yani 1958'den sonra Big Bang model çağı Dünya'dan rahat bir şekilde daha yaşlıydı.
Bununla birlikte, 1960'larda ve sonrasında, yıldız evrimi teorisindeki yeni gelişmeler, küresel kümeler olarak adlandırılan büyük yıldız kümeleri için yaş tahminlerini mümkün kıldı : bunlar genellikle önemli bir dağılımla birlikte yaklaşık 15 milyar yıllık yaş tahminleri verdi. 1970'lerde Sandage ve Gustav Tammann tarafından Hubble sabitinin daha ileri revizyonları, küresel küme yaşlarıyla tutarlı olarak 50-60 (km/s)/Mpc civarında ve 16-20 milyar yıllık bir tersi değerler verdi.
1975–1990
Bununla birlikte, 1970'lerin sonundan 1990'ların başına kadar, yaş sorunu yeniden ortaya çıktı: Hubble sabitinin yeni tahminleri daha yüksek değerler verdi, Gerard de Vaucouleurs 90-100 (km/s)/Mpc değerleri tahmin ederken, Marc Aaronson ve ortak- işçiler 80-90 (km/s)/Mpc civarında değerler verdi. Sandage ve Tammann, 50-60 değerleri için tartışmaya devam etti ve bazen "Hubble savaşları" olarak adlandırılan bir tartışma dönemine yol açtı. H 0 için daha yüksek değerler , küresel küme yaşlarından daha genç bir evreni tahmin ediyor gibi görünüyordu ve 1980'lerde Big Bang modelinin ciddi şekilde yanlış olduğu yönünde bazı spekülasyonlara yol açtı .
1990'ların sonu: olası çözüm
Yaş sorununun nihayetinde 1995 ve 2003 yılları arasındaki çeşitli gelişmelerle çözüldüğü düşünülüyordu: ilk olarak, Hubble Uzay Teleskobu ile yapılan büyük bir program , Hubble sabitini yüzde 10 belirsizlikle 72 (km/s)/Mpc'de ölçtü. İkinci olarak, Hipparcos uzay aracının 1995 yılında yaptığı paralaks ölçümleri, küresel küme mesafelerini yüzde 5-10 oranında yukarı revize etti; bu, yıldızlarını önceden tahmin edilenden daha parlak ve dolayısıyla daha genç yaptı ve yaş tahminlerini yaklaşık 12-13 milyar yıla kaydırdı. Son olarak, 1998-2003 yılları arasında süpernova, kozmik mikrodalga arka plan gözlemleri ve büyük galaksi kırmızıya kayma araştırmaları dahil olmak üzere bir dizi yeni kozmolojik gözlem , karanlık enerjinin kabul edilmesine ve standart kozmoloji modeli olarak Lambda-CDM modelinin kurulmasına yol açtı . Karanlık enerjinin varlığı, evrenin bugünkü yaşının yaklaşık yarısında bugünkü yaşının yarısında daha yavaş genişlediğini ima eder, bu da evreni belirli bir Hubble sabiti değeri için daha yaşlı yapar. Yukarıdaki üç sonucun birleşimi, tahmin edilen küresel küme yaşları ile evrenin yaşı arasındaki farkı esasen ortadan kaldırdı.
WMAP ve Planck uzay aracından alınan daha yeni ölçümler , evrenin yaşının yalnızca yüzde 0,3 belirsizlikle (standart Lambda-CDM modeline dayalı olarak) 13,80 milyar yıllık bir tahminine yol açar ve küresel kümeler ve diğer nesneler için modern çağ ölçümleri şu şekildedir: şu anda bu değerden daha küçük (ölçüm belirsizlikleri dahilinde). Kozmologların önemli bir çoğunluğu bu nedenle yaş sorununun artık çözüldüğüne inanıyor.
Baltimore'daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü'nden Nobel ödüllü Adam Riess'in liderliğindeki ekipler de dahil olmak üzere ekiplerden yapılan yeni araştırmalar, evrenin 12,5 ila 13 milyar yıl arasında olduğunu ve Planck bulgularına katılmadığını buldu. Bunun yalnızca veri toplamadaki hatalardan mı kaynaklandığı yoksa Karanlık Enerji veya Karanlık Madde gibi fiziğin henüz açıklanamayan yönleriyle mi ilgili olduğu henüz doğrulanmadı.