浙江
天文学家近日利用银河系中逾15.5万颗恒星的年龄，独立估算出宇宙年龄，结果显示宇宙至少约有137亿年历史，为目前广泛接受的约138亿年“标准宇龄”提供了新的有力证据。 相关研究已于7月1日提交至预印本平台 arXiv，进一步指向：解决困扰宇宙学界多年的“哈勃张力”问题，可能需要在“后期宇宙”寻找答案，而非推翻整个标准宇宙学模型。
宇宙年龄的测定，与所谓“哈勃张力”密切相关。 当下有两条主要路径用来测量宇宙膨胀速率（即哈勃常数）：一是利用宇宙大爆炸“余辉”——宇宙微波背景辐射（CMB），在标准宇宙学模型（ΛCDM）假设下推算宇宙膨胀历史，得到近似138亿年的宇宙年龄；另一条则依赖本地宇宙的直接观测，包括造父变星和超新星等“标准烛光”，给出的膨胀速率更高，对应的宇宙年龄只有约125亿到129亿年。 两种方法在哈勃常数数值上相差约9%，这一“对不上的账”被称为“哈勃张力”。
此次新研究由英国朴茨茅斯大学的 Indranil Banik 领衔，团队没有从整体宇宙学模型入手，而是转向银河系内最古老的一批恒星，将它们视作记录宇宙早期历史的“化石”。 研究团队指出，如果能找到一颗约有130亿年历史的恒星，那么宇宙的实际年龄必然要更大一些，因为恒星在宇宙大爆炸之后的形成也需要一定时间。
在具体工作中，团队首先选取了247103颗所谓“次巨星”作为样本，这类恒星刚刚脱离主序星阶段，其内部结构和演化阶段使得年龄更易被精确估算。 这些恒星数据来自中国郭守敬望远镜（LAMOST）和欧洲盖亚（Gaia）巡天项目。 研究人员通过化学成分筛选剔除不符合“典型老恒星”特征的对象，并结合另一套独立方法进行交叉检验，最终得到155600颗恒星的“精炼样本”。
通过对银河系中这些最古老、寿命极长的恒星进行分析，研究团队发现其中年龄最大的恒星约为137.3亿年，统计不确定度约为正0.18亿年、负0.15亿年。 如果再考虑恒星本身在宇宙大爆炸之后需要大约2亿年左右才能形成，那么这一结果与标准宇宙学模型结合宇宙微波背景观测所预言的约138亿年宇宙年龄高度吻合。 这一数值也与此前基于其他老恒星和球状星团所得结果相当一致。
值得注意的是，研究团队也强调，当前结果仍受多方面不确定性限制，包括样本数量、质量筛选标准、恒星演化模型假设、恒星形成时间尺度以及理论预言本身等。 每一项因素大致都会带来约1.5亿至2亿年的误差上限，因此单独改进任何一个环节，都难以在短期内让宇宙年龄的测定精度出现“飞跃式”提升。
尽管存在这些误差来源，新得到的宇宙最小年龄估计值，依然明显高于若简单将本地膨胀速率外推至几乎整段宇宙历史时所得到的125亿至129亿年宇宙年龄。 这意味着，如果“哈勃张力”的根源在于新物理，那么它更有可能只在宇宙历史的某一较晚时期生效，而非自宇宙最初就主导整体演化。
研究团队指出，这或许暗示宇宙的膨胀方式在过去若干十亿年里发生了某种变化，或者我们所处的宇宙局部环境存在特殊性，例如大尺度空洞，使得本地观测到的膨胀速率被“人为抬高”。 论文中写道，综合现有证据，所谓“后期宇宙方案”正日渐成为解释哈勃张力的有力候选之一；另一种可能性则是，我们身处一个巨大的本地欠密区（空洞）之中，从而导致本地测得的膨胀速率偏高。
这项工作以“利用大样本银河系最古老恒星推算宇宙年龄”为题提交至 arXiv 预印本平台，为围绕宇宙年龄和哈勃常数之争的持续讨论，增添了来自“恒星时钟”的一票。 对于旨在捍卫标准宇宙学模型的研究者而言，新结果无疑是一剂强心针；但要彻底化解哈勃张力这一“宇宙难题”，未来仍需要来自宇宙早期和晚期的多重观测与理论工作共同发力。
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