银河快报

银河系真的跟宇宙一样老吗?昨晚我盯着天花板想了半天

说来有点好笑,昨晚我失眠了,脑子里突然冒出一个问题:我们住的这个银河系,到底是不是跟宇宙一起诞生的? 我对这个问题只有模糊的印象,大概知道宇宙是大爆炸来的,但银河系呢?是同一时间冒出来的吗?坦白说,我记不清了。

后来我查了一些资料,发现答案还挺明确的:不是,银河系比宇宙年轻,准确说,银河系大概诞生于宇宙大爆炸之后几亿年的样子,它没有赶上宇宙最早的“开幕式”,迟到了一小会儿——如果拿宇宙的年龄来换算的话。

银河系真的跟宇宙一样老吗?昨晚我盯着天花板想了半天

先搞清楚宇宙到底多大年纪了

这事儿得从根儿上捋,目前天文学界比较公认的数字是,宇宙的年龄大约是138亿年,这个数字不是随便估出来的,主要靠几个硬核的观测手段互相印证,我记得在看一篇综述时,研究者提到了几个关键方法,我列在下面,看起来更清楚一点:

  • 宇宙微波背景辐射的精细测量:普朗克卫星给出了非常关键的数据,2018年最终发布的结果指向了137.87 ± 0.20亿年,这差不多就是我们今天说的138亿年的主要依据。
  • 哈勃常数的持续修正:通过观测遥远星系退行的速度,反推宇宙从奇点膨胀至今的时间,虽然不同方法测出的哈勃常数略有差异,但给出的宇宙年龄都在138亿年上下。
  • 球状星团中最古老白矮星的冷却年龄:白矮星冷却得非常缓慢,就跟一块烧红的铁慢慢变凉一样,通过测量最暗、最凉的白矮星,可以推算出它们的年龄,进而给宇宙年龄设定一个下限。

这几个方法合在一起,给了我们一个比较靠谱的时间锚点,138亿年,这就是宇宙的“出生证明”上的日期。

那银河系自己的“身份证”上写着什么

银河系没有宇宙那么老,但也绝对是个老家伙了,它的年龄大概在130亿年左右,比宇宙年轻了差不多8亿年,这个“8亿年”说起来轻巧,但在那个时间点上,整个宇宙刚从一片炽热的混沌中冷却下来不久,第一代恒星才刚刚点亮。

天文学家是怎么知道银河系年龄的呢?我觉得最直观的一个方法,是去测量银河系里最古老恒星们的年龄,这就好比你想知道一个村子有多老,就去问问村里年纪最大的那几位老人。

银河系真的跟宇宙一样老吗?昨晚我盯着天花板想了半天

在银河系的晕里面,散布着一些球状星团,像是银河系的“化石档案”,其中有一颗星,我觉得特别值得一提,它的编号是HD 140283,有人给它起了个外号叫“玛土撒拉星”——就是圣经里那个活了969岁的老寿星,2013年,一个团队利用哈勃望远镜的精密数据,把它的年龄限定在了6 ± 8亿年,你看这个误差范围,往下限算差不多就是136亿年左右,跟宇宙年龄并不矛盾,但这个名字起得好,它确实老得快成精了。

除了这颗明星,还有一些有力的证据链,比如银河系薄盘中的白矮星,它们的冷却年龄分布也清晰地指向了银河系的主体结构形成于上百亿年前,欧洲空间局的盖亚巡天任务(Gaia mission)这几年释放的海量数据,更是让天文学家可以像考古一样,把银河系不同区域、不同星族的形成历史剖开来仔细研究,根据2023年基于盖亚数据的一些研究,银河系厚盘的形成可能早在130亿年前就已经开始了。

把时间线摆出来,差别就一目了然了

我把宇宙和银河系早期演化的一些关键节点放在一个表里,这样对比起来更直观,这些时间点主要来自我查阅的几篇综述文章,以及Planck Collaboration和Gaia Collaboration发布的一些公开数据。

事件 大约时间(距大爆炸) 距今天的时间
大爆炸 & 暴胀时期 0 约138亿年
首批原子形成,宇宙变得透明(微波背景辐射释放) 约38万年 约138亿年
“宇宙黎明”——第一代恒星开始点亮 约1~2亿年 约136~137亿年
银河系最早期的“种子”结构开始坍缩形成 约3~4亿年 约134~135亿年
银河系厚盘及银晕中大部分球状星团形成 约8~10亿年 约128~130亿年
银河系薄盘逐渐形成,开始呈现旋涡结构 约20~30亿年后 约108~118亿年

看完这个表,回到最开始的问题,答案其实挺清楚的了,宇宙大爆炸是一场时空的创生,而银河系,是这个创生之后,物质慢慢聚集、冷却、坍缩的结果,它没有见证宇宙最开头的几分钟、几万年,但说它是看着宇宙“长大”的,一点也不夸张。

我自己琢磨这个事儿的时候,老忍不住想象那个画面:在宇宙诞生后不久,整个空间还弥漫着温热的气体,然后有那么一两团稍微稠密一点的区域,在引力的作用下悄悄收紧,开启了属于我们银河系的漫长故事,它确实没宇宙那么老,但130亿年的历史,也足够让我们觉得,自己头顶这片星光,古老到几乎触碰了时间的起点。

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