دانشمندان برچه اساسی سن جهان را تعیین کرده اند؟

دانشمندان می گویند سن جهان دست کم 10 میلیارد سال و حداکثر 20 میلیارد سال است. در جدیدترین تحقیقات هم آنها سن جهان را 13.8 میلیارد سال تخمین زده اند. دانشمندان بر چه اساسی این تعداد شمع را روی کیک تولد جهان قرار می دهند؟

دانشمندان برای تعیین سن جهان از دو روش متفاوت استفاده می کنند: یک روش مطالعه قدیمی ترین اشیاء جهان است و روش دیگر این است که مشخص کنند جهان با چه سرعتی در حال گسترش است.

روش مطالعه براساس تخمین سن قدیمی ترین اشیای جهان

جهان نمی تواند جوان تر از اشیای موجود در خودش باشد. با تعیین سن قدیمی ترین ستاره ها، دانشمندان قادرند برای جهان محدوده سنی تعیین کنند.

چرخه زندگی یک ستاره به جرم آن بستگی دارد. ستاره هایی که جرم بیشتری دارند سریع تر از ستاره هایی که جرم کمتری دارند می سوزند. ستاره ای که 10 برابر خورشید جرم دارد، ذخیره سوختش را در 20 میلیون سال می سوزاند، در حالی که ستاره ای که نصف خورشید جرم دارد، بیش از 20 میلیارد سال طول می کشد تا ذخیره سوختش را بسوزاند. جرم همچنین بر روشنایی و درخشندگی یک ستاره نیز اثر می گذارد.

هر مجموعه متراکم از ستارگان، خوشه کروی نامیده می شود. مجموعه ستارگان خوشه کروی ویژگی های مشابهی دارند. قدیمی ترین خوشه کروی ای که تاکنون شناخته شده دارای ستارگانی است که سن آنها بین 11 تا 18 میلیارد سال است.

البته با اطمینان نمی توان روشنایی و بنابراین جرم ستارگان را تعیین کرد. همین امر بر سر راه تخمین سن جهان محدودیت ایجاد کرده. دانشمندان با وجود عدم اطمینان ها باز هم توانسته اند محدوده ای برای سن جهان ارایه کنند. آنها می گویند سن جهان دست کم باید 11 میلیارد سال باشد. وقتی می گوییم حداقل سن جهان 11 میلیارد سال است به این معنی است که جهان می تواند مسن تر از این رقم باشد اما جوان تر از آن نیست.

روش مطالعه بر اساس سرعت گسترش جهان

جهانی که ما در آن زندگی می کنیم تغییرناپذیر نیست بلکه به طور دایم در حال گسترش است. اگر دانشمندان سرعت گسترش جهان را بدانند، می توانند رو به عقب برگردند و سن جهان را تعیین کنند. این کار بسیار شبیه به کار افسران پلیس است که می توانند شرایط اولیه ای که منجر به یک تصادف شده را بازسازی کنند. بنابراین برای پیدا کردن سرعت گسترش جهان عددی که به نام ثابت هابل شناخته می شود کلیدی است.

شماری از عوامل عدد این ثابت را تعیین می کند. اولین عامل نوع ماده غالب در جهان است. دانشمندان باید نسبت ماده تاریک را با انرژی تاریک به دست آورند.

تراکم هم در این زمینه نقش ایفا می کند. جهانی که تراکم ماده در آن کم است مسن تر از جهانی است که ماده زیادی دارد.

دانشمندان برای تعیین تراکم و ترکیب جهان، به کار کاوشگرهایی که به فضا فرستاده می شوند متکی هستند. کاوش گرها با اندازه گیری تابش حرارتی به جا مانده از انفجار بزرگ، قادر به تعیین تراکم، ترکیب و میزان گسترش جهانند. تابش به مانده از بیگ بنگ به نام پس زمینه امواج کیهانی شناخته می شود. دو کاوشگر یکی از ناسا و دیگری از سازمان فضایی اروپا از این پس زمینه نقشه برداری کرده اند. بدین ترتیب می بینیم که تعیین سن جهان بر مشاهده استوار است.

بر این اساس در سال 2012، کاوشگر ناسا سن جهان را 13.772 میلیارد سال، با عدم قطعیتی 59 میلیون ساله تعیین کرد. در سال 2013 نیز کاوشگر سازمان فضایی اروپا سن جهان را در حدود 13.82 میلیارد سال اعلام کرد. هر دوی این اعداد سن جهان را قدیمی تر از 11 میلیارد سالی که به طور مستقل و از روی خوشه های کروی تعیین شده نشان می دهد.