我们住在银河系。太阳系自诞生以来已有46亿年的历史。但我们知道,银河系在太阳系形成之前就已经存在,因为银河系中有许多恒星的寿命超过46亿年。那么,银河系有多古老?我们的星系是什么时候形成的?

了解银河系年龄的一个基本方法是观察球状星团,球状星团是恒星的密集星团,主要分布在银河系周围的光环中。由于球状星团中的恒星基本上是同时形成的,因此可以通过观察球状星团中红矮星的比例或白矮星的温度来确定它们的年龄。

红矮星的年龄测量非常有用,因为这样的恒星可以存在数万亿年,而不像更大的恒星,它们只能持续数十亿年,甚至数百万年。因此,如果同时形成一组恒星,较大的恒星将很快消失,红矮星将继续发光。因此,球状星团中的红矮星越多,它就越老。另一方面,我们也可以从白矮星估计年龄。白矮星是中低质量恒星的残余。它们不会发生核聚变反应,因此会逐渐冷却。在球状星团中,白矮星的温度越低,它们就越老。

结果表明,银河系中最古老的球状星团大约有130亿年的历史,这意味着银河系至少也有同样的历史。但当我们观察这些星团中最古老的红矮星时,我们发现它们不是第一代恒星。它们所包含的元素只能由早期恒星形成,这意味着在这些球状星团形成之前,恒星必须在银河系出生和死亡。

所以银河系的年龄不只是130亿年,那么它会高出多少呢?

虽然除了氢和氦之外,大多数元素都是在恒星和超新星爆炸的核心产生的,但并非所有元素都是。一些元素是由重元素的放射性衰变产生的,例如第四种元素——铍。

三星中铍的线谱

宇宙射线通常是快速移动的质子或氦核,以接近光速的速度穿过星系。当这些宇宙射线与漂浮在太空中的重核碰撞时,它们会将核分裂成较轻的元素,其中之一是铍。由于早期的恒星生成和超新星爆发,宇宙射线在早期星系中无处不在,因此星际空间中铍的数量会随着时间逐渐增加。测量一颗古老恒星的铍含量可以确定该星系在恒星形成之前存在多久。

2004年发表在《天体物理学》杂志上的一篇论文测量了这些元素的含量。结果表明,银河系的年龄约为136亿年。相比之下,宇宙的年龄只有138亿年,这意味着我们的银河系一定是宇宙中最早的星系之一。我们的星系是在宇宙“黑暗时代”结束后形成的,当时第一批恒星刚刚开始发光。

待续......

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