Vairāk nekā 100 gadus astronomi novēro ziņkārīgu zvaigzni, kas atrodas apmēram 190 gaismas gadu attālumā no Zemes zvaigznājā. Tas ātri šķērso debesis ar ātrumu 800 000 jūdzes stundā (1,3 miljoni kilometru stundā). Bet daudz interesantāks par to, ka HD 140283 - vai Metušala, kā to mēdz dēvēt - ir arī viena no Visuma senākajām zināmajām zvaigznēm.
2000. gadā zinātnieki centās datēt zvaigzni, izmantojot novērojumus, izmantojot Eiropas Kosmosa aģentūras (ESA) satelītu Hipparcos, kura vecums bija 16 miljardi gadu. Šāds skaitlis bija diezgan uzkrītošs un arī diezgan satraucošs. Kā uzsvēra Pensilvānijas Valsts universitātes astronoms Hovards Bonds, Visuma vecums, kas noteikts pēc kosmiskās mikroviļņu fona novērojumiem, ir 13,8 miljardi gadu. "Tā bija nopietna neatbilstība," viņš teica.
Ņemot vērā nominālvērtību, zvaigznes pareizais vecums radīja galveno problēmu. Kā zvaigzne varēja būt vecāka par Visumu? Vai, tieši otrādi, kā Visums varēja būt jaunāks? Noteikti bija skaidrs, ka Metuzelaha - nosaukta, atsaucoties uz Bībeles patriarhu, kurš, domājams, ir miris 969 gadu vecumā, padarot viņu par visilgāko no visiem Bībeles skaitļiem - bija vecs, jo metālu trūcīgā subgiantā pārsvarā ir ūdeņradis un hēlija, un satur ļoti maz dzelzs. Tas ir kompozīcija, kas nozīmēja, ka zvaigznei ir jābūt radušai pirms dzelzs kļuvis parasts.
Bet vai tā vide ir vairāk nekā divus miljardus gadu vecāka? Protams, tas vienkārši nav iespējams.
Sīkāk apskatot Metuusala vecumu
Bonds un viņa kolēģi izvirzīja uzdevumu noskaidrot, vai sākotnējais skaitlis 16 miljardi bija pareizs. Viņi pagodināja vairāk nekā 11 novērojumu kopas, kuras laika posmā no 2003. līdz 2011. gadam bija ierakstījuši Habla kosmiskā teleskopa smalkās vadības sensori un kas pieraksta zvaigžņu atrašanās vietas, attālumus un enerģijas daudzumu. Apgūstot parallaksi, spektroskopiju un fotometrijas mērījumus, varēja noteikt labāku vecuma izjūtu.
"Viena no neskaidrībām ar HD 140283 vecumu bija precīzs zvaigznes attālums," Bonds pastāstīja All About Space. "Bija svarīgi iegūt šīs tiesības, jo mēs varam labāk noteikt tās spožumu, un, sākot ar šo vecumu - jo spilgtāks ir iekšējais spožums, jo jaunāka ir zvaigzne. Mēs meklējām parallaksa efektu, kas nozīmēja, ka zvaigzni skatām sešus mēnešus izņemot, lai meklētu nobīdi savā stāvoklī Zemes orbītas kustības dēļ, kas mums norāda attālumu. "
Zvaigžņu teorētiskajā modelēšanā bija arī neskaidrības, piemēram, precīzi kodolreakciju ātrumi kodolā un to elementu nozīme, kas izkliedējas uz leju ārējos slāņos, viņš teica. Viņi strādāja pie idejas, ka palikušais hēlijs izkliedējas dziļāk kodolā, atstājot mazāk ūdeņraža sadedzināt ar kodolsintēzes palīdzību. Izmantojot degvielu ātrāk, vecums tiek pazemināts.
"Vēl viens svarīgs faktors bija skābekļa daudzums zvaigznē," sacīja Bonds. HD 140283 bija augstāka, nekā prognozēts, skābekļa un dzelzs attiecība, un, tā kā skābeklis nebija bagātīgs Visumā dažus miljonus gadu, tas atkal norādīja uz zemāku zvaigznes vecumu.
Bonds un viņa līdzstrādnieki lēš, ka HD 140283 vecums ir 14,46 miljardi gadu - tas ir ievērojams samazinājums salīdzinājumā ar iepriekš pieprasītajiem 16 miljardiem. Tas tomēr bija vairāk nekā paša Visuma vecums, taču zinātnieki radīja atlikušo nenoteiktību 800 miljonu gadu garumā, kas pēc Bonda sacītā padarīja zvaigznes vecumu par saderīgu ar Visuma vecumu, kaut arī tā nebija pilnīgi perfekta. .
"Tāpat kā visi izmērītie aprēķini, tas ir pakļauts gan nejaušām, gan sistemātiskām kļūdām," sacīja fiziķis Roberts Metjūss no Astonas universitātes Birmingemā, Lielbritānijā, kurš nebija iesaistīts pētījumā. "Kļūdu joslu pārklāšanās dod zināmu norādi uz sadursmes iespējamību ar kosmoloģiskām vecuma noteikšanām," sacīja Metjūss. "Citiem vārdiem sakot, labākais atbalstītais zvaigznes vecums ir pretrunā ar atvasinātā Visuma vecuma vecumu, un konfliktu var atrisināt tikai, nospiežot kļūdu joslas līdz to galējām robežām."
Pēc turpmākiem uzlabojumiem HD 140283 vecums kritās nedaudz vairāk. 2014. gada turpmākais pētījums atjaunināja zvaigznes vecumu līdz 14,27 miljardiem gadu. "Secinājums bija tāds, ka vecums ir aptuveni 14 miljardi gadu, un, ja ir iekļauti visi nenoteiktības avoti - gan novērojumu mērījumos, gan teorētiskajā modelēšanā -, kļūda ir aptuveni 700 vai 800 miljoni gadu, tāpēc konfliktu nav jo zvaigznes kļūdu joslā atrodas 13,8 miljardi gadu, "sacīja Bonds.
Sīkāk apskatot Visuma vecumu
Bondam līdzības starp Visuma vecumu un šīs vecās tuvumā esošās zvaigznes vecumu - kuras abas ir noteiktas ar dažādām analīzes metodēm - ir "pārsteidzošs zinātnisks sasniegums, kas sniedz ļoti pārliecinošus pierādījumus Visuma Lielā sprādziena attēlam. ". Viņš sacīja, ka vecāko zvaigžņu vecuma problēma nav tik nopietna kā 1990. gados, kad zvaigžņu vecums tuvojās 18 miljardiem gadu vai vienā gadījumā 20 miljardiem gadu. "Ar nenoteiktību, kas saistīta ar noteikšanu, laikmeti tagad ir vienisprātis," sacīja Bonds.
Tomēr Metjūss uzskata, ka problēma vēl nav atrisināta. Astronomi starptautiskā labāko kosmologu konferencē Kavli Teorētiskās fizikas institūtā, kas atrodas Kalifornijas štatā Santa Barbarā 2019. gada jūlijā, bija neizpratnē par pētījumiem, kas ierosināja dažādus Visuma vecumus. Viņi apskatīja salīdzinoši tuvu esošo galaktiku mērījumus, kas liek domāt, ka Visums ir simtiem miljonu gadu jaunāks, salīdzinot ar vecumu, ko nosaka kosmiskais mikroviļņu fons.
Faktiski, tālu no 13,8 miljardu gadu vecuma, kā novērtēts ar Eiropas Planka kosmosa teleskopa sīkajiem kosmiskā starojuma mērījumiem 2013. gadā, Visums var būt pat jauns - 11,4 miljardi gadu. Viens no pētījumā iesaistītajiem ir Nobela prēmijas laureāts Ādams Riess no Kosmiskā teleskopa zinātnes institūta Baltimoras štatā, Mērilendā.
Secinājumi ir balstīti uz ideju par paplašināmo Visumu, kā to 1929. gadā parādīja Edvīns Habls. Tas ir būtisks Lielajam sprādzienam - izpratnei, ka kādreiz bija karsta blīvuma stāvoklis, kas eksplodēja un stiepās telpā. Tas norāda sākumpunktu, kam vajadzētu būt izmērāmam, taču svaigi atklājumi liek domāt, ka izplešanās ātrums faktiski ir par aptuveni 10% lielāks nekā Planka ieteiktais.
Patiešām, Plankas komanda noteica, ka izplešanās ātrums ir 67,4 km sekundē uz megaparsecu, bet jaunākie Visuma izplešanās ātruma mērījumi norāda uz vērtībām 73 vai 74. Tas nozīmē, ka pastāv atšķirība starp to, cik ātri Visums šodien paplašinās, un prognozes par to, cik ātri tam vajadzētu paplašināties, balstoties uz agrīnā Visuma fiziku, sacīja Riess. Tas noved pie pieņemto teoriju pārvērtēšanas, vienlaikus parādot, ka vēl ir daudz ko uzzināt par tumšo vielu un tumšo enerģiju, kuras, domājams, ir aiz šī mīkla.
Habla konstantes augstāka vērtība norāda uz īsāku Visuma vecumu. Konstante 67,74 km sekundē uz megaparseku novestu līdz 13,8 miljardu gadu vecumam, turpretī viens no 73 vai pat 77, kā liecina daži pētījumi, norāda, ka Visuma vecums nepārsniedz 12,7 miljardus gadu. Tas neatbilst, kas vēlreiz liek domāt, ka HD 140283 ir vecāks par Visumu. Kopš tā laika to aizvieto arī 2019. gada pētījums, kas publicēts žurnālā Science, kurš ierosināja Habla konstantu 82,4 - kas liek domāt, ka Visuma vecums ir tikai 11,4 miljardi gadu.
Metjū uzskata, ka atbildes slēpjas plašākā kosmoloģiskā izsmalcinātībā. "Man ir aizdomas, ka novērojošie kosmologi ir nokavējuši kaut ko tādu, kas rada šo paradoksu, nevis zvaigžņu astrofiziķi," viņš sacīja, norādot, ka zvaigžņu mērījumi varbūt ir precīzāki. "Tas notiek nevis tāpēc, ka kosmologi ir visdažādākie, bet gan tāpēc, ka Visuma vecumu nosaka vairāk un, iespējams, grūtāk novērojamas un teorētiskas nenoteiktības nekā zvaigznēm."
Tātad, kā zinātnieki to izdomās?
Kas varētu likt visumam potenciāli šķist jaunākam par šo konkrēto zvaigzni?
"Ir divas iespējas, un zinātnes vēsture liek domāt, ka šādos gadījumos realitāte ir abu sajaukums," sacīja Metjūss. "Šajā gadījumā tie būtu novērošanas kļūdu avoti, kas nav pilnībā izprotami, kā arī dažas nepilnības Visuma dinamikas teorijā, piemēram, tumšās enerģijas stiprums, kas ir bijis kosmiskās izplešanās galvenais virzītājspēks. daudzus miljardus gadu. "
Viņš ierosina iespēju, ka pašreizējais "vecuma paradokss" atspoguļo tumšās enerģijas laika svārstības un tādējādi izmaiņas paātrinājuma tempā - iespēja, ko teorētiķi ir atraduši, varētu būt saderīga ar idejām par gravitācijas fundamentālo raksturu, piemēram, tā saukto cēloņu kopuma teorija. Jauni gravitācijas viļņu pētījumi varētu palīdzēt atrisināt paradoksu, sacīja Metjūss.
Lai to izdarītu, zinātnieki aplūkos mirgojošo zvaigžņu pāru radītos plankumus telpas un laika audumā, nevis paļaujoties uz Habla konstantes mērījumiem, balstoties uz kosmisko mikroviļņu fonu vai uz tuvējo objektu, piemēram, Cepheid mainīgo lielumu un supernovu, novērošanu - pirmā rada ātrumu 67 km sekundē uz megaparseku, bet otrā - ar 73.
Problēma ir tā, ka gravitācijas viļņu mērīšana nav viegls uzdevums, ņemot vērā, ka tie tikai pirmo reizi tika atklāti tikai 2015. gadā. Bet saskaņā ar Stefana Feeneja, Ņujorkas Flatirona institūta, astrofiziķa viedokli, pārrāvuma laikā varētu notikt izrāviens. nākamā desmitgade. Ideja ir apkopot datus par neitronu zvaigžņu pāru sadursmēm, izmantojot redzamo gaismu, ko šie notikumi izstaro, lai noskaidrotu ātrumu, kādā tie pārvietojas attiecībā pret Zemi. Tas nozīmē arī iegūto gravitācijas viļņu analīzi, lai iegūtu priekšstatu par attālumu - tos abus var apvienot, lai iegūtu Habla konstantes mērījumu, kam vēl jābūt visprecīzākajam.
HD 140283 vecuma noslēpums noved pie kaut kā lielāka un zinātniski sarežģītāka, mainot izpratni par Visuma darbību.
"Visticamākie paradoksa izskaidrojumi ir daži novārtā novērotie efekti un / vai kaut kas liels, kas trūkst mūsu izpratnei par kosmiskās izplešanās dinamiku," sacīja Metjūss. Tieši tas, kas tas ir “kaut kas”, noteikti kādu laiku liek izaicināt astronomus.
Papildu resursi:
