星系的平均寿命

释放双眼,带上耳机,听听看~!
把河外星系按距离分成不同的层次,每一个层次上有Nn个星系影像。由于光速有限,夜晚星空中那些光点,虽然同时射入我们的眼帘,我们既看到了地球相对近处的真实星系,也看见了远方已经不存在的过去的星系,我们看见的只是它们的过去。

把河外星系按距离分成不同的层次,每一个层次上有Nn个星系影像。由于光速有限,夜晚星空中那些光点,虽然同时射入我们的眼帘,我们既看到了地球相对近处的真实星系,也看见了远方已经不存在的过去的星系,我们看见的只是它们的过去。

不论相隔多远,只要星系的光亮度能在地球上观察到,有限的光速就会把过去的景象送到地球。假设初期宇宙时间为0,t=0。每一层分解后星系的与初始星系的平均距离为

R=vT

T为宇宙年龄,可以认为是宇宙层层分解过程的年龄,v为天体星系之间分离速度。由于宇宙是层层分解,上一层的星系分解为下一层后,上一层就不存在了,各层中星系存在的时间取平均数,则有

T=nTn

在上式中,n为分层次数,即星球换代次数。Tn为分层的平均时间,Tn是各代星球体系的平均寿命。1929年,哈勃提出了银河系以外星系远离地球的退行速度v与星系离地球点距离R成正比关系。由哈勃定律可知

v=HR

在上式中,v可以认为是任一分层星系与初始星系之间分离速度,R为分层星系与初始星系的平均距离,H为哈勃常数。整理以上关系得到

T=1/H        可视宇宙总估算年龄

Tn=1/Hn  可视宇宙换代年龄

宇宙年龄是哈勃常数倒数,n代星系的平均寿命是换代数n乘以哈勃常数的倒数。哈勃常数值以千米每秒-百万秒差距(km/s.Mpc)为单位量度,其中百万秒差距是天文学常用的长度单位:

1Mpc=3.084×1019km=3.60×1061y

在实际观察中,哈勃常数H值有一直争议,最新研究在50km/s·Mps与90km/s·Mps之间,教科书取值为

H=63.0km/s·Mps=19.3mm/s·1y

带入可视宇宙换代年龄公式,有

Tn=1/ n19.3mm/s.ly

当n=1时,表示1代。Tn =T,T的值为15×109y。若n=2,表示第2代,换代年龄为9.5×109y,若n=m,则有

Tn=15×109y/m

由上式可知,当前银河系以外星系的实际年龄可能比宇宙星系总估算年龄小。由于光速有限,一些在宇宙中已经不存在的星系还在被我们看见。

设初始星系光波指向地球的距离R为:

R=cTc

在上式中c为光速,Tc为光波到达地球的时间,R为初始星球与各层星球体之间的平均距离。由于已知R=vT,而vT=cTc,,又因为T=nTn,则有

Tc/Tn=nv/c

在上式中,Tc为初始星系光波到达地球的时间,Tn是星系的平均寿命,n为星系换代数,v为星系退行速度,c为光速。当nv/c>1,表示Tc>Tn,初始星系年龄比它所发射的光到地球的时间短,当我们看见初始星系时,它已经不在宇宙中。当nv/c<1,表示Tc<Tn,在Tn期中地球看到初始星系还在宇宙中。由于观察到的银河系外的星系退行速度v小于光速,如果换代数为1,或者比较小,那么,观察到的星系都还存在。如果换代次数多,n充分大,那么许多星系已经不存在了。同理,如果星系退行速度超过光速,当我们看见它时,它的寿命已经结束了。

可见,nv/c=1是宇宙星系的一个生死界限。大于1的星系都已不存在,小于1的星系还存在。

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