Astronoomid on juba rohkem kui 100 aastat täheldanud uudishimulikku tähte, mis asub Maast umbes 190 valgusaasta kaugusel Kaalude tähtkujus. See liigub kiiresti üle taeva kiirusega 800 000 km / h (1,3 miljonit kilomeetrit tunnis). Kuid veelgi huvitavam on see, et HD 140283 - või nagu Methuselah, nagu seda üldiselt nimetatakse - on ka üks universumi vanimaid tuntud tähti.
2000. aastal otsisid teadlased tähe dateerimiseks tähtkuju, kasutades Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) Hipparcos satelliidi kaudu, mille vanus oli hinnanguliselt 16 miljardit aastat. Selline kujund oli pigem meeltülendav ja ka üsna segane. Nagu Pennsylvania Riikliku Ülikooli astronoom Howard Bond märkis, on universumi vanus - mis on kindlaks tehtud kosmilise mikrolaine tausta vaatluste põhjal - 13,8 miljardit aastat vana. "See oli tõsine lahknevus," ütles ta.
Nominaalses väärtuses tõstatas staari ennustatud vanus suure probleemi. Kuidas saaks täht olla universumist vanem? Või vastupidi, kuidas saaks universum olla noorem? Kindlasti oli selge, et Metuseusa - keda nimetatakse piibliliseks patriarhiks, kes väidetavalt suri 969-aastaselt, tehes temast Piibli tegelastest kõige pikema eluea - oli vana, kuna metallivaene subgiant koosneb peamiselt vesinikust ja heelium ning sisaldab väga vähe rauda. See on kompositsioon, mis tähendas, et täht pidi olema tekkinud enne, kui raud sai tavaliseks.
Kuid enam kui kaks miljardit aastat vanem kui tema keskkond? Kindlasti pole see lihtsalt võimalik.
Vaadates lähemalt Metuseusa vanust
Bond ja tema kolleegid seadsid endale ülesande välja selgitada, kas see esialgne arv 16 miljardit oli täpne või mitte. Nad poreerisid üle 11 vaatluskomplekti, mille Hubble'i kosmoseteleskoobi peenete juhtimissensorid olid ajavahemikul 2003–2011 salvestanud, mis panevad tähele tähtede asukohti, vahemaid ja energiatarbimist. Parallaksi, spektroskoopia ja fotomeetriliste mõõtmiste omandamisel võiks määrata vanuse parema taju.
"Üks HD 140283 vanusega seotud ebakindlusi oli tähe täpne kaugus," rääkis Bond ajalehele All About Space. "Oluline oli see õigesti saada, sest nii saame paremini kindlaks teha selle heleduse ja sellest vanusest alates - mida heledam on sisemine heledus, seda noorem on täht. Otsisime parallaksiafekti, mis tähendas, et vaatasime tähte kuus kuud peale selle, et otsida Maa orbitaalliikumisest tingitud positsiooni nihkumist, mis annab meile teada vahemaa. "
Tähtede teoreetilises modelleerimises oli ka ebakindlust, näiteks tuumareaktsioonide täpsed määrad tuumas ja välistes kihtides allapoole hajuvate elementide tähtsus, ütles ta. Nad töötasid välja idee, et järelejäänud heelium hajub sügavamale südamikku, jättes vähem vesinikku tuumasünteesi kaudu põlema. Kiirema kütuse kasutamisel vanus väheneb.
"Veel üks oluline tegur oli tähe hapniku hulk," sõnas Bond. HD 140283 oli prognoositust suurem hapniku ja raua suhe ning kuna hapnikku polnud universumis mõne miljoni aasta jooksul rikkalikult, osutas see taas tähe madalamale vanusele.
Bond ja tema kaastöötajad hindasid HD 140283 vanuseks 14,46 miljardit aastat - see on märkimisväärselt vähenenud varem väidetud 16 miljardist. See oli siiski siiski rohkem kui universumi enda vanus, kuid teadlaste hinnangul oli 800 miljoni aasta suurune ebakindlus, mille järgi Bond ütles, et tähe vanus sobib universumi vanusega, ehkki see polnud täiesti täiuslik .
"Nagu kõik mõõdetud hinnangud, on ka selles nii juhuslik kui ka süsteemne viga," ütles Suurbritannia Birminghami Astoni ülikooli füüsik Robert Matthews, kes uuringuga ei tegelenud. "Kattuvus vearibadel annab teatava viite kokkupõrke tõenäosusele kosmoloogiliste vanusemääratlustega," sõnas Matthews. "Teisisõnu, tähe kõige paremini toetatud vanus on vastuolus universumi tuletatud vanusega ja konflikti saab lahendada vaid tõrkeribade äärmise piirini surumisega."
Edaspidiste täpsustuste kohaselt langes HD 140283 vanus pisut rohkem. 2014. aasta järeluuringu kohaselt ajakohastati tähe vanus 14,27 miljardi aastani. "Järeldus oli, et vanus on umbes 14 miljardit aastat ja kui arvestada kõiki ebakindluse allikaid - nii vaatlusmõõtmistes kui ka teoreetilises modelleerimises -, on viga umbes 700 või 800 miljonit aastat, seega pole mingit konflikti sest tähe vearibal asub 13,8 miljardit aastat, "sõnas Bond.
Vaadates lähemalt universumi vanust
Bondi jaoks on universumi vanuse ja selle lähedal asuva vana tähe vanuse sarnasused - mõlemad on määratud erinevate analüüsimeetoditega - "hämmastav teaduslik saavutus, mis annab väga tugevaid tõendeid Universumi Suure Paugu pildist ". Ta ütles, et probleem vanimate tähtede vanusega on palju leebem kui see oli 1990ndatel, kui täheaja vanus lähenes 18 miljardile aastale või ühel juhul 20 miljardile aastale. "Määratluste määramatusega lepivad vanused nüüd kokku," ütles Bond.
Matthews usub siiski, et probleem pole veel lahendatud. Californias Santa Barbaras Kavli teoreetilise füüsika instituudi rahvusvahelisel tippkosmoloogide rahvusvahelisel konverentsil astronoomid hämmastasid 2019. aasta juulis uuringuid, mis soovitasid universumi erinevaid vanuseid. Nad vaatasid suhteliselt lähedal asuvate galaktikate mõõtmisi, mis näitavad, et universum on sadade miljonite aastate võrra noorem, võrreldes kosmilise mikrolaine taustaga määratud vanusega.
Tegelikult võib universum olla kaugeltki 13,8 miljardit aastat vana, nagu selgus 2013. aasta Euroopa Plancki kosmoseteleskoobi kosmilise kiirguse üksikasjalikest mõõtmistest. See võib olla isegi 11,4 miljardit aastat vana. Üks uuringute tagamaid on Nobeli preemia laureaat Adam Riess kosmoseteleskoobi teadusinstituudist Baltimore'is Marylandis.
Järeldused põhinevad laieneva universumi ideel, nagu näitas 1929. aastal Edwin Hubble. See on Suure Paugu põhialus - arusaam, et kunagi oli plahvatanud kuuma tiheduse seisund, mis venitas ruumi. See osutab lähtepunktile, mis peaks olema mõõdetav, kuid värsked leiud viitavad sellele, et laienemiskiirus on tegelikult umbes 10% kõrgem kui Plancki soovitatud.
Tõepoolest, Plancki meeskond leidis, et paisumiskiirus oli 67,4 km sekundis megaparseci kohta, kuid universumi paisumiskiiruse hiljutised mõõtmised osutavad väärtustele 73 või 74. See tähendab, et selle vahel, kui kiiresti universum laieneb täna ja varase universumi füüsika põhjal ennustatakse, kui kiiresti see peaks laienema, ütles Riess. See viib aktsepteeritud teooriate ümberhindamiseni, näidates samas, et tumeda aine ja tumeda energia kohta on veel palju õppida, mis arvatakse olevat selle mõistuse taga.
Hubble'i konstandi kõrgem väärtus näitab universumi lühemat vanust. Konstant 67,74 km sekundis megaparseci kohta viiks vanuseni 13,8 miljardit aastat, samas kui üks 73-st või isegi 77-st, nagu mõned uuringud on näidanud, viitaks universumi vanusele mitte rohkem kui 12,7 miljardit aastat. See on mittevastavus, mis lubab taas kord järeldada, et HD 140283 on universumist vanem. Sellest ajast alates on see asendatud ka ajakirjas Science avaldatud 2019. aasta uuringuga, mis pakkus välja Hubble'i konstandi väärtuseks 82,4 - mis viitab sellele, et universumi vanus on vaid 11,4 miljardit aastat.
Matthews usub, et vastused peituvad suuremas kosmoloogilises täpsustamises. "Ma kahtlustan, et vaatluskosmoloogid on märkamatute astrofüüsikute asemel märkamata jätnud midagi, mis selle paradoksi loob," ütles ta ja osutas, et tähtede mõõtmised on ehk täpsemad. "Seda mitte sellepärast, et kosmoloogid oleksid mingil moel lohakamad, vaid sellepärast, et universumi vanuse määramine sõltub rohkem ja vaieldamatult keerukamast vaatluslikust ja teoreetilisest ebakindlusest kui tähtede oma."
Kuidas teadlased selle välja mõtlevad?
Mis võiks muuta universumi potentsiaalselt nooremaks kui see konkreetne täht?
"Võimalusi on kaks ja teaduse ajalugu viitab sellele, et sellistel puhkudel on reaalsus segu mõlemast," sõnas Matthews. "Sel juhul oleks tegemist vaatlusvea allikatega, millest pole lõpuni aru saadud, pluss mõned lüngad universumi dünaamika teoorias, näiteks tumeda energia tugevus, mis on olnud kosmilise laienemise peamine mootor nüüd juba miljardeid aastaid. "
Ta pakub välja võimaluse, et praegune "vanuseparadoks" peegeldab tumeda energia ajalisi muutusi ja seega ka kiirenduse määra muutust - võimalus, mille teoreetikud on leidnud, võiksid olla ühitatavad ideedega gravitatsiooni põhiolemuse kohta, näiteks nn põhjuslike seoste teooria. Uued uuringud gravitatsioonilainete kohta võiksid paradoksi lahendada, ütles Matthews.
Selleks uuriksid teadlased Hubble'i konstandi mõõtmise asemel kosmilise mikrolaine fooni või läheduses asuvate objektide, näiteks Cepheidi muutujate ja supernoovade jälgimist kosmilise mikrolaine fooni või läheduses asuvate objektide jälgimise abil ruumi ja aja kangastes, mis on loodud surnud tähtede paari abil - esimese tulemuseks oli kiirus 67 km sekundis megaparsi kohta ja teise jaoks 73 km / s.
Probleem on selles, et gravitatsiooniliste lainete mõõtmine pole lihtne ülesanne, kuna neid tuvastati esmakordselt alles 2015. aastal. Kuid New Yorgi Flatironi instituudi astrofüüsiku Stephen Feeney sõnul võiks selle käigus läbi murda. järgmine kümnend. Idee on koguda andmeid neutronitähtede paaride kokkupõrgete kohta, kasutades nähtavat valgust, mida need sündmused kiirgavad, et selgitada välja kiirus, mille võrra nad Maa suhtes liiguvad. See hõlmab ka saadud gravitatsioonilainete analüüsi, et saada ettekujutus vahemaast - mõlemat saab kombineerida, et saada Hubble'i konstandi mõõt, mis peaks olema seni kõige täpsem.
HD 140283 vanuse mõistatus viib midagi suuremat ja teaduslikult keerukamat, muutes arusaama universumi toimimisest.
"Paradoksi kõige tõenäolisemad seletused on tähelepanuta jäetud vaatlusmõju ja / või midagi suurt, mis jääb meie arusaamisest kosmilise laienemise dünaamikast," sõnas Matthews. Täpselt see, mis see "miski" on, hoiab astronoome kindlasti mõnda aega väljakutsena.
Lisaressursid:
