A csillagászok több mint 100 éve figyelnek egy kíváncsi csillagot, amely körülbelül 190 fényévnyire van a Földtől a Libra csillagképben. Gyorsan áthalad az égen 800 000 km / h sebességgel (1,3 millió kilométer óránként). De ennél is érdekesebb, hogy a HD 140283 - vagy ahogy Methuselah közismert nevén ismert - az univerzum legrégebbi ismert csillagai közé tartozik.
2000-ben a tudósok a csillag megfigyelésére törekedtek az Európai Űrügynökség (ESA) Hipparcos műholdján keresztül, amelynek becslése szerint 16 milliárd éves koruk volt. Ez a figura meglehetősen gondolkodást keltő és nagyon zavaró volt. Amint rámutatott Howard Bond a Pennsylvaniai Állami Egyetemen csillagász, az univerzum kora - a kozmikus mikrohullámú háttér megfigyelése alapján - 13,8 milliárd éves. "Komoly eltérés volt" - mondta.
Névértékben figyelembe véve a csillag előrejelzett kora nagy problémát vet fel. Hogyan lehetett egy csillag idősebb az univerzumon? Vagy fordítva: hogyan lehetne az univerzum fiatalabb? Nyilvánvaló volt, hogy Methuselah - egy bibliai patriarchra hivatkozva, akiről azt állítják, hogy 969 évesen halt meg, és a Biblia összes figurájából a leghosszabb életű volt - öreg volt, mivel a fémszegény szubgiantum túlnyomórészt hidrogénből készül. és hélium, és nagyon kevés vasat tartalmaz. A kompozíció azt jelentette, hogy a csillagnak létre kellett jönnie, mielőtt a vas megszokottá vált.
De több mint két milliárd évvel régebbi, mint a környezete? Ez természetesen nem lehetséges.
Mélyebben megnézve Metuszelah korát
Bond és kollégái azt a feladatot tűzték ki, hogy kitalálják, vajon a kezdeti 16 milliárd érték pontos-e. Több mint 11 megfigyeléskészlettel foglalkoztak, amelyeket 2003 és 2011 között a Hubble Űrtávcső finomvezetési érzékelői rögzítettek, és amelyek feljegyzik a csillagok helyzetét, távolságát és energiateljesítményét. A parallax, a spektroszkópia és a fotometriai mérések megszerzésekor meghatározható volt az életkor jobb értelmezése.
"A HD 140283 életkorával kapcsolatos egyik bizonytalanság a csillag pontos távolsága volt" - mondta Bond az All About Space-nek. "Fontos volt ezt megszerezni, mert jobban meg tudjuk határozni annak fényerősségét, és attól kezdve, hogy életkorától függően - minél világosabb a belső fény, annál fiatalabb a csillag. A párhuzamos effektusra keresettünk, ami azt jelentette, hogy a csillagot hat hónappal megtekintettük. kívül, hogy megkeresse helyzetének eltolódását a Föld körüli mozgása miatt, amely megmutatja a távolságot. "
A csillagok elméleti modellezésében bizonytalanságok is voltak, például a magban levő atomreakciók pontos sebessége és a külső rétegekben lefelé terjedő elemek fontossága - mondta. Azon az elképzelésen dolgoztak, hogy a maradék hélium mélyebben diffundáljon a magba, kevesebb hidrogént hagyva elégetni magfúzió útján. A gyorsabb üzemanyag felhasználással csökken az életkor.
"Egy másik fontos tényező, mindenekelőtt, az oxigén mennyisége a csillagban" - mondta Bond. A HD 140283 a vártnál magasabb oxigén / vas arányt mutatott, és mivel néhány millió évig az oxigén nem volt elegendő az univerzumban, ismét a csillag alacsonyabb életkorára mutatott.
Bond és munkatársai szerint a HD 140283 életkora 14,46 milliárd év lenne - ez jelentősen csökken a korábban bejelentett 16 milliárdhoz képest. Ez azonban még több volt, mint maga a világegyetem kora, de a tudósok 800 millió éves fennmaradó bizonytalanságot jelentettek, ami Bond szerint a csillag életkorát összeegyeztethetővé tette az univerzum korával, annak ellenére, hogy nem volt teljesen tökéletes .
"Mint minden mért becslés, ez is véletlenszerű és szisztematikus hibának van kitéve" - mondta Robert Matthews a brit birminghami Aston Egyetem fizikusa, aki nem vett részt a vizsgálatban. "Az átfedés a hibasávokban jelzi a kozmológiai életkor-meghatározásokkal való összecsapás valószínűségét" - mondta Matthews. "Más szavakkal, a csillag legjobban támogatott kora ellentmondásban áll a világegyetem származtatott korával, és a konfliktus csak akkor oldható meg, ha a hibaszálakat a legszélsőségesebb határra tolják."
További finomítások eredményeként a HD 140283 életkora egy kicsit csökken. Egy 2014. évi nyomon követő tanulmány a csillag életkorát 14,27 milliárd évre frissítette. "Az a következtetés vonható le, hogy az életkor körülbelül 14 milliárd év, és ismét, ha az összes bizonytalansági forrást magában foglalja - mind a megfigyelési mérésekben, mind az elméleti modellezésben -, akkor a hiba körülbelül 700 vagy 800 millió év, tehát nincs konfliktus mert a csillag hibasávjában 13,8 milliárd év van "- mondta Bond.
Mélyebb pillantás az univerzum korára
Bond számára a világegyetem korának és a régi közeli csillagnak a hasonlóságai - mindkettőt különböző elemzési módszerek határozták meg - "elképesztő tudományos eredmény, amely nagyon erős bizonyítékot nyújt a világegyetem Nagyrobbanás képe számára ”. Azt mondta, hogy a legrégebbi csillagok életkorának problémája sokkal kevésbé súlyos, mint az 1990-es években, amikor a csillagkorszak megközelítették a 18 milliárd évet, vagyis egy esetben 20 milliárd évet. "A meghatározások bizonytalanságai miatt a korosztály megegyezik" - mondta Bond.
Matthews azonban úgy gondolja, hogy a problémát még nem oldották meg. A csillagászok 2019. júliusában a kaliforniai Santa Barbarában, a Kavli Elméleti Fizikai Intézet csúcsminőségű kozmológusainak nemzetközi konferenciáján zavart kérdésekkel foglalkoztak azokkal a tanulmányokkal, amelyek az univerzum különböző életkorait javasolták. A viszonylag közel lévő galaxisok olyan méréseit vizsgálták, amelyek arra utalnak, hogy az univerzum százmillió évvel fiatalabb, mint a kozmikus mikrohullámú háttér által meghatározott életkor.
Valójában az Európai Planck űrteleszkóp 2013-as kozmikus sugárzásának részletes mérésével becslések szerint a világegyetem akár 11,4 milliárd éves is lehet. A tanulmányok egyikének egyik tagja a Nobel-díjas Adam Riess, a Űrhajós távcső tudományos intézet (Baltimore, Maryland).
A következtetések a bővülő univerzum elképzelésén alapulnak, amint azt Edwin Hubble 1929-ben bemutatta. Ez alapvető fontosságú a Nagyrobbanás szempontjából - annak megértésében, hogy valaha volt egy forró sűrűség állapot, amely robbant fel, és elnyújtotta a teret. Ez egy kiindulási pontot jelöl, amelynek mérhetőnek kell lennie, ám a friss eredmények azt sugallják, hogy a terjeszkedési ráta valójában 10% -kal magasabb, mint amit a Planck javasolt.
A Planck csapata valóban megállapította, hogy a tágulási sebesség másodpercenként 67,4 km / megaparsec, de az univerzum tágulási sebességének legfrissebb mérései 73 vagy 74 értékre mutatnak. Ez azt jelenti, hogy különbség van a mérési sebesség és a az univerzum ma bővül, és a korai világegyetem fizikája alapján annak előrejelzése, hogy milyen gyorsan kell bővülni - mondta Riess. Ez az elfogadott elméletek újbóli értékeléséhez vezet, miközben azt is mutatja, hogy még mindig sok tanulni kell a sötét anyagról és a sötét energiáról, amelyekről azt gondolják, hogy ennek a gondolatnak a hátterében állnak.
A Hubble-állandó magasabb értéke a világegyetem rövidebb életkorát jelzi. A másodpercenkénti 67,74 km / megapaszkons állandó elérése 13,8 milliárd éves korhoz vezetne, míg a 73-ból egy, vagy akár 77-re is, amint egyes tanulmányok kimutatták, az univerzum életkora nem haladja meg a 12,7 milliárd évet. Ez egy eltérés, amely ismét arra utal, hogy a HD 140283 régebbi, mint az univerzum. Azóta azt felváltotta egy, a Science folyóiratban közzétett 2019-es tanulmány is, amely 82,4 Hubble-állandót javasolt - azt sugallva, hogy az univerzum életkora mindössze 11,4 milliárd év.
Matthews szerint a válaszok nagyobb kozmológiai finomításban rejlenek. "Gyanítom, hogy a megfigyelő kozmológusok hiányoztak valamiből, ami ezt a paradoxont hozza létre, a csillagászati asztrofizikusok helyett" - mondta, rámutatva, hogy a csillagok mérése talán pontosabb. "Ennek oka nem az, hogy a kozmológusok semmiféle lassabbak, hanem azért, mert az univerzum életkorának meghatározása sokkal és vitathatatlanul megfigyelési és elméleti bizonytalanságok alá tartozik, mint a csillagoké."
Szóval, hogyan tudják tudósok ezt kitalálni?
Mi teheti az univerzumot potenciálisan fiatalabbnak, mint az adott csillag?
"Két lehetőség van, és a tudomány története azt sugallja, hogy ilyen esetekben a valóság mindkettő keveréke" - mondta Matthews. "Ebben az esetben a nem teljesen megértett megfigyelési hiba forrásai lennének, valamint néhány hiányosság az univerzum dinamikájának elméletében, például a sötét energia erőssége, amely a kozmikus terjeszkedés fő mozgatórugója volt. már több milliárd éve ".
Arra utal, hogy a jelenlegi „életkori paradoxon” tükrözi a sötét energia időbeli változásait, és ezáltal a gyorsulás sebességének megváltozását is - egy lehetőség, hogy a teoretikusok összeegyeztethetőek lehetnek a gravitáció alapvető természetével kapcsolatos elképzelésekkel, például az úgynevezett ok-okozati elmélet. A gravitációs hullámok új kutatása segíthet a paradoxon feloldásában - mondta Matthews.
Ehhez a tudósok a holt csillagpárok által létrehozott tér és idő hullámait vizsgálnák ahelyett, hogy a kozmikus mikrohullámú háttérre vagy a közeli tárgyak, például a Cepheid változók és a szupernóvák megfigyelésére támaszkodnának a Hubble állandó megmérésére - az előbbi 67 km / s sebességet eredményez megaparsec-nél, az utóbbi pedig 73-nál nagyobb.
Probléma az, hogy a gravitációs hullámok mérése nem könnyű feladat, mivel csak első alkalommal fedezték fel őket 2015-ben. De Stephen Feeney, a New York-i Flatiron Intézet asztrofizikusa szerint áttörést lehet elérni a a következő évtizedben. Az ötlet az, hogy adatokat gyűjtsünk a neutroncsillagok közötti ütközésekből, a látható fény felhasználásával, amelyet ezek az események bocsátanak ki, hogy meghatározzuk a Földhöz viszonyított sebességüket. Ez magában foglalja a kapott gravitációs hullámok elemzését a távolság elképzelése céljából is - ezek mindegyike összekapcsolhatja a Hubble-állandó mérését, amelynek még a legpontosabbnak kell lennie.
A HD 140283 kor rejtélye valami nagyobb és tudományos szempontból összetettebb elemhez vezet, megváltoztatva az univerzum működésének megértését.
"A paradoxon legvalószínűbb magyarázata valami figyelmen kívül hagyott megfigyelő hatás és / vagy valami nagy hiányzik a kozmikus terjeszkedés dinamikájának megértéséből" - mondta Matthews. Pontosan mi ez a "valami", az biztos, hogy egy időre kihívást jelent a csillagászok számára.
További források:
