Daugiau nei 100 metų astronomai stebėjo smalsią žvaigždę, esančią maždaug 190 šviesmečių atstumu nuo Žemės Svarstyklių žvaigždyne. Jis greitai peržengia dangų 800 000 mylių per valandą (1,3 milijono kilometrų per valandą) greičiu. Bet dar įdomiau, kad HD 140283 - arba Metušala, kaip ji paprastai žinoma - taip pat yra viena seniausių visatos žvaigždžių.
2000 m. Mokslininkai siekė paslėpti žvaigždę, naudodamiesi stebėjimais per Europos kosmoso agentūros (ESA) palydovą „Hipparcos“, kurio amžius buvo 16 milijardų metų. Tokia figūra buvo gana įtaigus ir taip pat gana nesąžininga. Kaip pabrėžė Pensilvanijos valstijos universiteto astronomas Howardas Bondas, visatos amžius - nustatytas remiantis kosminių mikrobangų fono stebėjimais - yra 13,8 milijardo metų. „Tai buvo rimtas neatitikimas“, - sakė jis.
Atsižvelgiant į nominalią vertę, numatomas žvaigždės amžius kėlė didelę problemą. Kaip žvaigždė galėtų būti vyresnė už Visatą? Arba, atvirkščiai, kaip Visata galėtų būti jaunesnė? Neabejotinai buvo aišku, kad Metušalala - pavadintas atsižvelgiant į Biblijos patriarchą, kuris, kaip teigiama, mirė 969 metų amžiaus ir padarė jį ilgiausiai gyvenusiu iš visų Biblijos figūrų - buvo senas, nes metalas neturtingas subgiantas daugiausia pagamintas iš vandenilio ir helio, ir jame yra labai mažai geležies. Tai kompozicija reiškė, kad žvaigždė turėjo būti sukurta anksčiau nei geležis tapo įprasta.
Bet daugiau nei dviem milijardais metų senesnė už jos aplinką? Be abejo, tai tiesiog neįmanoma.
Atidžiau pažvelkime į Metušala amžių
Bondas ir jo kolegos pasiryžo išsiaiškinti, ar tikslus pradinis 16 milijardų skaičius buvo tikslus, ar ne. Jie pasiūlė daugiau nei 11 stebėjimų rinkinių, kuriuos nuo 2003 iki 2011 m. Užfiksavo Hablo kosminio teleskopo baudaus orientavimo jutikliai, kuriuose užfiksuota žvaigždžių padėtis, atstumai ir energijos išeiga. Įgyjant paralaksą, spektroskopiją ir fotometrinius matavimus, būtų galima nustatyti geresnį amžiaus pojūtį.
„Vienas iš netikrumų, susijusių su HD 140283 amžiumi, buvo tikslus žvaigždės atstumas“, - sakė Bondas „All About Space“. "Buvo svarbu tai pasiekti, nes mes galime geriau nustatyti jos blizgesį, o nuo to amžiaus - kuo ryškesnis vidinis ryškumas, tuo jaunesnė žvaigždė. Ieškojome paralakso efekto, o tai reiškė, kad žvaigždę žiūrėjome šešis mėnesius. išskyrus ieškoti savo padėties poslinkio dėl Žemės orbitos judesio, kuris mums nurodo atstumą “.
Teoriniame žvaigždžių modeliavime taip pat kilo abejonių, pavyzdžiui, tikslios branduolinių reakcijų normos branduolyje ir elementų, sklindančių žemyn išoriniuose sluoksniuose, svarba, sakė jis. Jie dirbo įgyvendindami idėją, kad likęs helis pasklinda giliau į šerdį, paliekant mažiau vandenilio, kad degtų branduolių sintezės būdu. Degalams sunaudojant greičiau, amžius sumažėja.
„Kitas svarbus faktorius buvo deguonies kiekis žvaigždėje“, - teigė Bondas. HD 140283 turėjo didesnį, nei prognozuota, deguonies ir geležies santykį ir, kadangi keletą milijonų metų Visatoje nebuvo gausu deguonies, jis vėl atkreipė dėmesį į mažesnį žvaigždės amžių.
Bondas ir jo bendradarbiai nustatė, kad HD 140283 amžius bus 14,46 milijardo metų - tai reikšmingai sumažino ankstesnį 16 milijardų skaičių. Tai vis dėlto buvo daugiau nei pačios Visatos amžius, tačiau mokslininkai iškėlė likusį 800 milijonų metų neapibrėžtumą, kuris, pasak Bondo, žvaigždės amžių padarė suderinamu su Visatos amžiumi, nors ji nebuvo visiškai tobula. .
„Kaip ir visuose išmatuotuose įvertinimuose, jame gali būti atsitiktinių ir sisteminių klaidų“, - teigė fizikas Robertas Matthewsas iš Astono universiteto Birmingeme, Jungtinėje Karalystėje, nedalyvavęs tyrime. „Klaidų juostų sutapimas rodo tam tikrą susidūrimo su kosmologiniu amžiaus nustatymu tikimybę“, - teigė Matthewsas. "Kitaip tariant, geriausiai palaikomas žvaigždės amžius prieštarauja išvestiniam visatos amžiui, o konfliktą galima išspręsti tik pastumiant klaidų juostas iki kraštutinių ribų."
Tolesni patobulinimai parodė, kad HD 140283 amžius šiek tiek sumažėjo. 2014 m. Atliktas tolesnis tyrimas žvaigždės amžių atnaujino iki 14,27 milijardo metų. „Buvo padaryta išvada, kad amžius yra apie 14 milijardų metų ir, vėlgi, jei į visus netikrumo šaltinius įtraukiami tiek stebėjimo matavimai, tiek teorinis modeliavimas, paklaida yra apie 700 ar 800 milijonų metų, todėl konflikto nėra. nes žvaigždės klaidų juostoje yra 13,8 milijardo metų “, - teigė Bondas.
Atidžiau pažvelk į Visatos amžių
Bondui panašumai tarp Visatos amžiaus ir šios senos šalia esančios žvaigždės amžiaus - abu šie veiksniai buvo nustatyti skirtingais analizės metodais - yra „nuostabus mokslinis pasiekimas, kuris suteikia labai svarių įrodymų apie Visatos didžiojo sprogimo vaizdą “. Jis teigė, kad seniausių žvaigždžių amžiaus problema nėra tokia rimta, kaip 1990 m., Kai žvaigždžių amžius artėjo prie 18 milijardų metų arba, vienu atveju, iki 20 milijardų metų. „Dėl apsisprendimų netikrumo dabar sutinkami amžiai“, - sakė Bondas.
Tačiau Matthewsas mano, kad problema dar nebuvo išspręsta. 2019 m. Liepos mėn. Kalifornijos Santa Barbaroje, „Kavli“ teorinės fizikos instituto tarptautinėje aukščiausių kosmologų konferencijoje astronomai suabejojo tyrimais, siūlančiais skirtingus amžius visatai. Jie žiūrėjo į gana arti esančių galaktikų matavimus, kurie leidžia manyti, kad Visata yra šimtais milijonų metų jaunesnė, palyginti su amžiumi, kurį nustato kosminis mikrobangų fonas.
Tiesą sakant, toli gražu ne 13,8 milijardo metų, kaip apskaičiavo Europos Planko kosminio teleskopo išsamūs kosminės radiacijos matavimai 2013 m., Visata gali būti net 11,4 milijardo metų. Vienas iš tyrime dalyvavusių asmenų yra Nobelio premijos laureatas Adamas Riesas iš Kosminio teleskopo mokslo instituto Baltimorėje, Merilande.
Išvados grindžiamos besiplečiančios visatos idėja, kurią 1929 m. Parodė Edvinas Hablas. Tai labai svarbu Didžiajam sprogimui - supratimui, kad kažkada buvo karšto tankio būsena, kuri sprogo ir ištempė erdvę. Tai nurodo išeities tašką, kurį reikėtų išmatuoti, tačiau naujausi duomenys rodo, kad išplėtimo tempas iš tikrųjų yra maždaug 10% didesnis už tą, kurį pasiūlė Planckas.
Iš tikrųjų „Planck“ komanda nustatė, kad išsiplėtimo greitis buvo 67,4 km per sekundę per megaparseką, tačiau naujesni visatos išsiplėtimo greičio matavimai rodo, kad vertės yra 73 arba 74. Tai reiškia, kad yra skirtumas tarp matavimo, kaip greitai Visuma šiandien plečiasi ir remiantis ankstyvosios visatos fizika, prognozės, kaip greitai ji turėtų plėstis, sakė Riessas. Tai verčia iš naujo įvertinti priimtas teorijas, tuo pačiu parodydama, kad dar yra daug ko išmokti apie tamsiąją medžiagą ir tamsiąją energiją, kurios, kaip manoma, yra už šios painiavos.
Didesnė Hablo konstantos vertė rodo trumpesnį visatos amžių. Pastovus 67,74 km per sekundę per megaparseką amžius būtų 13,8 milijardo metų, o vienas iš 73 ar net 77, kaip rodo kai kurie tyrimai, rodo, kad visatos amžius yra ne didesnis kaip 12,7 milijardo metų. Tai neatitikimas dar kartą leidžia manyti, kad HD 140283 yra senesnis už Visatą. Nuo to laiko jį pakeitė 2019 m. Tyrimas, paskelbtas žurnale „Science“, kuris pasiūlė Hablo konstantą 82,4 - teigdamas, kad visatos amžius yra tik 11,4 milijardo metų.
Matthewsas mano, kad atsakymai slypi didesniame kosmologiniame patikslinime. „Įtariu, kad stebintieji kosmologai praleido kažką, kas sukuria šį paradoksą, o ne žvaigždžių astrofizikai“, - sakė jis, nurodydamas, kad žvaigždžių matavimai gali būti tikslesni. "Ne todėl, kad kosmologai yra bet kokiu būdu apleisti, bet todėl, kad visatos amžių nustato daugiau ir, be abejo, sudėtingesni nei žvaigždžių stebėjimo ir teoriniai netikrumai."
Taigi, kaip mokslininkai tai išsiaiškins?
Kas gali padaryti visatą potencialiai jaunesnę už šią žvaigždę?
„Yra dvi galimybės, ir mokslo istorija leidžia manyti, kad tokiais atvejais tikrovė yra abiejų derinys“, - teigė Matthewsas. "Šiuo atveju tai būtų ne iki galo suprantami stebėjimo klaidų šaltiniai ir keletas visatos dinamikos teorijos spragų, pavyzdžiui, tamsiosios energijos stiprumas, kuris buvo pagrindinis kosminės ekspansijos variklis. jau daugelį milijardų metų “.
Jis siūlo galimybę, kad dabartinis „amžiaus paradoksas“ atspindi tamsiosios energijos laiko kitimą, taigi ir pagreičio greičio pokytį - galimybė, kurią teoretikai nustatė, gali būti suderinama su idėjomis apie pagrindinį gravitacijos pobūdį, pvz. priežastinio rinkinio teorija. Nauji gravitacinių bangų tyrimai galėtų padėti išspręsti paradoksą, sakė Matthewsas.
Norėdami tai padaryti, mokslininkai pažvelgtų į mirusių žvaigždžių porų sukuriamus erdvės ir laiko audinius, o ne remdamiesi kosminio mikrobangų fono ar netoliese esančių objektų, tokių kaip Cepheid kintamieji ir supernovos, stebėjimu Hablo konstanta - Pirmasis lemia 67 km per sekundę per megaparsą greitį, o antrasis - 73.
Problema yra ta, kad gravitacinių bangų matavimas nėra lengvas uždavinys, nes tik pirmą kartą jos buvo aptiktos tik 2015 m. Tačiau, pasak Stepheno Feeney, Niujorko Flatirono instituto astrofiziko, per tą laiką buvo galima padaryti proveržį. kitą dešimtmetį. Idėja yra surinkti duomenis apie susidūrimus tarp porų neutroninių žvaigždžių, naudojant matomą šviesą, kurią šie įvykiai skleidžia, kad būtų galima išsiaiškinti greitį, kurį jie juda Žemės atžvilgiu. Tai taip pat reiškia, kad reikia analizuoti gautas gravitacines bangas siekiant nustatyti atstumo idėją - abi jos gali sujungti, kad gautų Hablo konstantą, kuri turėtų būti tiksliausia.
HD 140283 amžiaus paslaptis lemia tai, kas yra didesnė ir moksliškai sudėtingesnė, pakeisdama supratimą, kaip veikia visata.
„Labiausiai tikėtini paradokso paaiškinimai yra tam tikras nepastebimas stebėjimo poveikis ir (arba) kažkas, ko trūksta mūsų supratimui apie kosminio plėtimosi dinamiką“, - teigė Matthewsas. Tiksliai tai, kas yra tas „kažkas“, tikrai užtikrins, kad astronomai kurį laiką ginčysis.
Papildomi resursai:
