Звезды старше вселенной: Древнейшая звезда старше самой Вселенной…

InScience

Астрономия

Ad astra: звезда старше Вселенной

Автор: Анжелика ДунСб 11 сентября, 2021

ESA/Hubble

Старейшая из обнаруженных звезд — Мафусаил в созвездии Весов, официально зовущаяся HD 140283. Имя Мафусаил ей придумала пресса — это, согласно Библии, дед Ноя, проживший 969 лет. Погиб он перед самым Потопом и остался старейшим человеком, чей возраст указан в Библии. Различные методы оценки ее возраста приводили к тому, что эта звезда старше самой Вселенной. Как объяснить такое противоречие? Перевернуло ли это открытие наши представления о картине мира, или дело в неточности наших методов? И какая судьба у самой звезды — читайте в новом выпуске рубрики «Ad astra».

Зарождение парадокса

Звезда Мафусаила была известна ученым с начала прошлого века. Уже в 1950-х из-за ее низкой металличности было ясно, что она очень стара. Дело в том, что ранняя Вселенная состояла из водорода и гелия. Эти же элементы были основными в составе первых звезд. Более тяжелые элементы, в том числе и металлы, зарождались в ходе термоядерного синтеза в звездах. Нет звезд — нет металлов. При их взрывах на поздних этапах эволюции (вспышках сверхновых) эти элементы высвобождались, становясь частью более молодых звезд нового поколения. Они уже содержали металлы, но в очень небольшом количестве. Как, например, и Мафусаилова звезда. Старейшей звездой во Вселенной она точно не является, ведь металличность ее не нулевая. Но никого старше астрономы на сегодняшний день еще не обнаружили.

В 2000 году астрономы определили расстояние до Мафусаиловой звезды методом годичного параллакса, используя данные космического аппарата Hipparcos. Координаты звезды на небосводе определяют с двух точек на орбите Земли с разницей в полгода, а затем оценивают расстояние до них, используя тригонометрию (см. рисунок). Зная видимую яркость и удаленность звезды, мы можем рассчитать ее светимость, а затем и возраст. Вычисления ученых в 2000 году дали результат в 16 миллиардов лет. При этом возраст Вселенной оценивается в 13,8 миллиарда лет. 

Как мы определили возраст Вселенной?

Очевидно, что разрешение противоречия связано с ошибкой определения возраста либо звезды, либо Вселенной. Откуда нам вообще известно, сколько прожила Вселенная? И где находится точка отсчета? 

Начнем с того, что практически каждый хоть раз слышал о том, что Вселенная расширяется. Этот факт ученые выяснили еще 100 лет назад. Все началось, когда в 1912 году Весто Слайфер обнаружил, что свет от далеких галактик имеет красное смещение. Свет — это такая же волна, как звуковая. Световые волны могут иметь различные характеристики, например длину. От этих свойств зависит и цвет видимого света. При движении волны претерпевают изменения, растягиваясь или сжимаясь. И если объект удаляется от нас — световые волны, которые он излучает, растягиваются и приобретают красный цвет. Именно это открытие показало, что галактики удаляются от нас. Отсюда пошла теория расширения Вселенной. В последующие десять лет ей находили все новые и новые экспериментальные подтверждения.

Итак, расширение Вселенной — это факт. Но как же он связан с ее возрастом?

Сегодня мы знаем скорость расширения Вселенной. А также мы можем вычислить удаленность двух объектов в космосе друг от друга. Если повернуть время вспять — мы сможем выяснить, как давно два этих объекта находились в одной точке. То есть мы узнаем, когда начала расширяться Вселенная после Большого взрыва.

Но проблема в том, что мы должны учитывать еще и ускорение расширения, состав Вселенной и другие параметры. Итоговая оценка возраста Вселенной сильно зависит от наших представлений о ее составе и законах расширения. А они постоянно меняются с запуском новых космических аппаратов и более совершенных наблюдений. Наиболее точная оценка — 13,8 миллиарда лет, но все же она не окончательна, а потому Мафусаил действительно мог перевернуть всю теорию космологии. И все-таки этого не случилось. 

Омоложение звезды

С помощью все того же метода годичного параллакса ученые вновь оценили возраст звезды в 2013 году, на этот раз — с данными телескопа Hubble. Даже учтя современные представления об эволюции и спектральных характеристиках звезд, они вновь пришли к выводу, что Мафусаил старше самой Вселенной. Но звезда все же немного помолодела — до 14,46 миллиарда лет с неопределенностью в 800 миллионов лет. Уже больше похоже на правду: 14,5 – 0,8 = 13,7. Эта оценка вполне укладывалась в современные представления космологии.

Новые космические аппараты — интерферометры VEGA и CHARA и обсерватория Planck — позволили получить новые данные о звезде и создать более точные модели ее эволюции, учитывая массу, светимость и содержание элементов. В результате сегодняшние оценки возраста Мафусаиловой звезды уже не превосходят возраста Вселенной и варьируются от 12 до 13,7 миллиарда лет.

Почему ошибки неизбежны и что ждет Мафусаила?

Хотя HD 140283 не оказалась старше Вселенной, она все же остается самой старой звездой из известных нам. Очевидно, что она не является первой родившейся звездой. Но остается шанс, что она была хотя бы «знакома» с ними. Галактика Млечный Путь простирается на 120 000 световых лет. Каковы шансы, что самая старая звезда находится на расстоянии всего лишь 200 световых лет от нас? Нет почти никаких сомнений, что ее рекорд будет побит каким-то еще не описанным объектом. Этой звезде надо отдать должное — она позволила нам потренироваться в определении возраста и понять, в чем мы по-прежнему ограничены.

HD 140283 сейчас находится на стадии субгиганта — в ее ядре заканчивается водород. Уже сейчас ее диаметр в два раза больше, чем у Солнца. После того как она станет красным гигантом, звезда начнет терять внешние слои, а затем превратится в белого карлика с гораздо меньшей массой. Затем Мафусаилова звезда остынет, перестанет излучать видимый свет и станет черным карликом. До этого, впрочем, еще очень далеко — весь этот процесс займет времени больше, чем просуществовала звезда до сегодняшнего дня.

Существующие сегодня методы изучения космических объектов зависят от того, что нам уже известно, то есть они моделезависимы. А любая модель — это упрощение реальности. В результате множество различных допущений приводят к появлению значительных ошибок. При этом даже неопределенность мы оцениваем лишь на основании того, что нам известно, а потом она может стать гораздо больше с появлением новых фактов. Все, что остается, — осторожно расширять наши модели, постепенно уточняя то, чем мы вынуждены пренебрегать.

Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram

Тэги
#Ad astra

Астрономы находят звезды, которые старше Вселенной. Как такое возможно?

Прочитав заголовок, вы наверняка подумали, что что-то здесь не так. Но что — звезда, Вселенная или что-то еще? Если вы знаете, как работают звезды, вы можете взять одну из них, изучить ее физические свойства и узнать, когда она должна была появиться. Звезды проходят через множество изменений по мере старения: их радиус, светимость и температура меняются по мере выжигания топлива. Но срок жизни звезды, в общем-то, зависит только от двух свойств, с которыми она рождается: масса и металличность, то есть количество присутствующих в ней элементов тяжелее водорода и гелия.

Во вселенной есть звезды, старше, чем она сама.

Самые старые звезды, которые мы нашли во Вселенной, практически нетронуты и почти на 100% состоят из водорода и гелия, оставшихся от Большого Взрыва. Им может быть и по 13 миллиардов лет, а самой старой — 14,5 миллиарда лет.

И это большая проблема, потому что самой Вселенной всего 13,8 миллиарда лет, отмечает Этан Сигел с Medium.com.

В космосе бесконечное число звзд.

Ядро шарового скопления Омега Центавра — один из самых переполненных регионов со старыми звездами. Здесь могут быть звезды и по 12 миллиардов лет возрастом, а самым старым — больше 14 миллиардов лет, и это проблема, потому что они старше самой Вселенной

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.

Звезды, которая старше самой Вселенной, быть не может; иначе она существовала бы задолго до Большого Взрыва. Но ведь Большой Взрыв стал источником появления известной нам Вселенной, из которого вышла вся материя, энергия, нейтрино, фотоны, антиматерия, темная материя и даже темная энергия. Все, что содержится в нашей наблюдаемой Вселенной, началось с этого события, и все, с чем мы имеем дело сегодня, можно проследить до этого момента. Поэтому простейшее объяснение, что звезды могли появиться до самой Вселенной, должно быть исключено.

Схема наблюдения за космосом

Вполне может быть, что мы неправильно вывели возраст Вселенной. Мы извлекаем его из точных измерений Вселенной в крупных масштабах. Изучая ряд особенностей, включая:

• дефекты плотности и температуры в космическом микроволновом фоне, послесвечении Большого Взрыва;
• кластеризацию звезд и галактик в настоящее время и на миллиарды световых лет от нас;
• скорость хабблова расширения ткани Вселенной;
• историю звездообразования и галактической эволюции;

а также многие другие источники, мы получаем весьма последовательную картину Вселенной. Она состоит на 68% из темной энергии, на 27% из темной материи, на 4,9% из обычной материи, на 0,1% нейтрино, на 0,01% из излучения и ей около 13,8 миллиарда лет. Неопределенность возраста Вселенной колеблется в пределах 100 миллионов лет, так что хотя Вселенная, безусловно, может быть на сотню миллионов лет моложе или старше, 14,5 миллиарда лет она наберет вряд ли.

Звездное небо до сих пор мало изучено.

Миссия ЕКА Gaia измерила положения и свойства сотен миллионов звезд вблизи галактического центра и нашла самые древние звезды, известные человечеству

Что там случилось? В космосе зафиксирован самый мощный взрыв со времен Большого взрыва

Остается только одна разумная возможность: видимо, мы неправильно оцениваем возраст звезд. Мы подробно изучили сотни миллионов звезд на разных этапах их жизней. Мы знаем, как звезды образуются и при каких условиях; знаем, когда и как они зажигают ядерный синтез; знаем, как долго продолжаются различные стадии синтеза и насколько они эффективны; знаем, сколько они живут и как умирают, разные типы с разными массами. Если коротко, астрономия — серьезная наука, особенно если говорить про звезды. В целом самые старые звезды отличаются относительно низкой массой (менее массивны, чем наше Солнце), содержат мало металлов (элементов, помимо водорода и гелия) и могут быть старше самой галактики.

Их просто немерянно

В шаровых скоплениях можно найти чрезвычайно старые звезды

Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.

Многие из них находятся в шаровых скоплениях, которые, и это точно, содержат звезды по 12 миллиардов или, в редких случаях, даже по 13 миллиардов лет. Поколение назад люди утверждали, что этим кластерам — 14-16 миллиардов лет, чем создавали напряжение в устоявшихся космологических моделях, но постепенно улучшение понимания звездной эволюции привело эти числа в соответствии с нормой. Мы разработали более продвинутые методы, улучшающие наши наблюдательные способности: путем измерения не только содержания углерода, кислорода или железа в этих звездах, но и с использованием радиоактивного распада урана и тория. Мы можем напрямую определять возраст отдельных звезд.

Вот эта маленькая точка.

SDSSJ102915+172927— это древняя звезда в 4140 световых годах от нас, которая содержит лишь 1/20 000 часть тяжелых элементов, в сравнении с нашим Солнцем, и должна быть возрастом 13 миллиардов лет. Это одна из самых старых звезд во Вселенной

В 2007 году мы сумели измерить звезду HE 1523-0901, которая составляет 80% массы Солнца, содержит всего 0,1% солнечного железа и, как полагают, возрастом 13,2 миллиарда лет, если судить по ее обилию радиоактивных элементов. В 2015 году вблизи центра Млечного Пути было выявлено девять звезд, которые сформировались 13,5 миллиарда лет назад: всего через 300 000 000 лет после Большого Взрыва. «Эти звезды сформировались до Млечного Пути и галактика сформировалась вокруг них», говорит Луис Хоувс, сооткрыватель этих древних реликтов. По сути, одна из этих девяти звезд имеет меньше 0,001% солнечного железа; именно этот тип звезд будет искать космический телескоп Джеймса Вебба, когда начнет работать в октябре 2018 года.

Настоящая звезда.

Это оцифрованное изображение самой старой звезды в нашей галактике. Эта стареющая звезда HD 140283 находится в 190 световых годах от нас. Космический телескоп Хаббла уточнил ее возраст в 14,5 миллиарда плюс-минус 800 миллионов лет

Самой поразительной звездой из всех является HD 140283, неофициально прозванная звездой Мафусаила. Она всего в 190 световых годах от нас, и мы можем измерить ее яркость, температуру поверхности и состав; мы также можем увидеть, что она только начинает развиваться в фазе субгиганта, чтобы стать впоследствии красным гигантом. Эти фрагменты информации позволяют нам вывести хорошо обозначенный возраст звезды, и результат как минимум вызывает беспокойство: 14,46 миллиарда лет. Некоторые свойства звезды, вроде содержания железа в 0,4% от солнечного, говорят, что звезда старая, но не старейшая из всех. И несмотря на возможную погрешность в 800 миллионов лет, Мафусаил все-таки создает определенный конфликт между максимальным возрастом звезд и возрастом Вселенной.

Звездное небо на Земле.

Млечный Путь не менялся миллиарды лет. Но по мере взросления звезд самые массивные прекращают существование, а наименее массивные начинают превращаться в субгигантов

Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.

Сегодня очевидно, что в прошлом с этой звездой могло произойти нечто, чего мы пока не знаем сегодня. Может быть, она родилась более массивной и каким-то образом лишилась внешних слоев. Может быть, звезда поглотила немного вещества позже, которое изменило ее содержание тяжелых элементов, смутив наши наблюдения. Может быть, мы просто плохо понимаем фазу субгиганта в звездной эволюции древних звезд с низкой металличностью. Постепенно мы выведем верную форму или рассчитаем возраст древнейших звезд.

Найди ту самую.

Но если мы окажемся правы, перед нами возникнет серьезная проблема. В нашей Вселенной не может существовать звезды, которая будет старше самой Вселенной. Либо что-то не так с оценкой возраста этих звезд, либо что-то не так с оценкой возраста Вселенной. Либо что-то еще, чего мы пока вообще не понимаем. Это отличный шанс подвинуть науку в новом направлении.

Звезда старше Вселенной

Оцифрованное исследование неба (DSS), STScI/AURA, Palomar/Caltech и UKSTU/AAO

Звезда HD 140283 является субгигантом, возраст которого оценивается в 14,46 миллиарда лет. Это может удивить тех из вас, кто помнит, что возраст Вселенной оценивается в 13,77 миллиарда лет. Казалось бы, эта конкретная звезда, которую иногда называют звездой Мафусаила, старше Вселенной.

Бывают случаи, когда такая необычная находка заставляет нас переосмыслить то, что мы знаем о Вселенной, и вообще приводит к революции в наших космологических теориях. это , а не  один из таких случаев. Чтобы понять почему, нам нужно посмотреть, как мы определяем возраст такой звезды.

Развитие большинства звезд происходит по определенной схеме. Протозвезда гравитационно коллапсирует, из-за чего водород начинает сливаться в ее ядре, превращая ее в настоящую звезду. Звезда входит в то, что известно как главная последовательность, где она проводит миллиарды лет (в зависимости от ее размера) как стабильная звезда. Когда он истощает свой водород, он входит в свою последнюю стадию как красный гигант или что-то подобное, прежде чем стать сверхновой/белым карликом/и т. д., опять же в зависимости от его размера.

Определить возраст звезды главной последовательности сложно, потому что за этот период они не сильно меняются. Есть небольшие изменения, которые можно наблюдать, но они незаметны. Это похоже на определение возраста человека. Тот, кому 20, выглядит молодо. Тот, кому 80 лет, выглядит старым. А вот кого-то 30–50 оценить сложнее, потому что люди среднего возраста, как правило, десятилетиями сохраняют один и тот же вид. То же самое верно и для звезд главной последовательности среднего возраста.

К счастью для астрономов, HD 140283 не является звездой главной последовательности. Это субгигантская звезда, что означает, что она покинула главную последовательность и движется к стадии красного гиганта. Один только этот факт говорит нам, что это более старая звезда, потому что она начинает вступать в свою последнюю стадию жизни. Так что мы точно знаем, что ему миллиарды лет.

Другим фактом, который мы можем использовать для определения возраста звезды, является то, что известно как ее металличность. В астрономии «металл» — это все, что угодно, только не водород и гелий. Водород и гелий — два элемента, образовавшиеся в результате Большого взрыва, поэтому первые звезды (так называемые звезды населения III) не содержали «металлов». Эти первые звезды должны были сплавить водород и гелий в своем ядре (в металлы), а затем закончить свою жизнь взрывами сверхновых. Газовые и пылевые остатки этих первых звезд затем коллапсировали под действием силы тяжести, образуя новые звезды. Эти новые звезды будут содержать некоторое количество металлов (но не много), поэтому они будут звездами с низкой металличностью (население II).

С каждым поколением новых звезд, формирующихся из остатков старых, можно ожидать, что металличность будет выше. Таким образом, звезды с высокой металличностью моложе звезд с низкой металличностью. Наше Солнце, например, является звездой с высоким содержанием металлов, и его возраст оценивается в 4,57 миллиарда лет. HD 140283 — звезда с очень низкой металличностью, поэтому она, вероятно, образовалась из остатков звезд самого первого поколения. Это означает, что он должен был сформироваться на ранней стадии Вселенной.

Как субгиганту с низкой металличностью можно предположить, что возраст Мафусаила составляет около 12-13 миллиардов лет. Чтобы быть более точным, нам нужно посмотреть на динамику того, как звезды производят энергию в своих ядрах, и как это связано с размером и яркостью звезды. У нас есть относительно хорошие модели, но они основаны на тщательных наблюдениях за звездой.

Два самых важных наблюдения — расстояние до звезды и температура. Температуру можно определить относительно легко, глядя на спектры звезды. Расстояние немного сложнее. К счастью, HD 140283 находится относительно близко к нам, поэтому мы смогли измерить ее параллакс. Исходя из этого, мы определили, что расстояние до нее составляет 190,1 световых года. Зная ее расстояние и температуру, мы можем определить ее светимость, и это говорит нам о том, сколько энергии производит звезда в настоящее время.

Но здесь все становится особенно сложно. Как описано в статье, опубликованной ранее в этом году в Astrophysical Journal Letters (которая находится за платным доступом, но вы можете увидеть черновую версию здесь), расчетный возраст звезды зависит не только от того, сколько энергии она производит сейчас, но как он производил энергию на протяжении всей своей жизни. Эта скорость зависит от таких вещей, как количество железа и кислорода, содержащихся в звезде (поскольку эти элементы могут влиять на скорость синтеза).

Тщательные измерения металличности звезды, особенно железа и кислорода, позволили авторам вычислить возраст HD 140283 в 14,46 миллиарда лет с погрешностью в 800 миллионов лет в любом случае. Это может показаться противоречащим принятому возрасту Вселенной (13,77 миллиарда лет), но неопределенность означает, что возраст звезды может составлять всего 13,6 миллиарда лет, что соответствует возрасту Вселенной. Ей также может быть 15,3 миллиарда лет, что намного старше Вселенной, но у нас есть много доказательств, подтверждающих возраст Вселенной, поэтому нет причин принимать самый старый возможный возраст этой звезды в качестве доказательства против Вселенной. ему 13,77 миллиарда лет.

Но даже самый молодой возраст звезды говорит нам кое-что о раннем периоде нашей Вселенной. Вполне вероятно, что эта звезда образовалась, когда Вселенной было меньше 170 миллионов лет, и это звезда второго поколения. Это означает, что первые звезды должны были образоваться очень рано, прожить относительно короткую жизнь, а их остатки относительно быстро остыли, чтобы создать подходящие условия для формирования звезды, подобной HD 140283.

Эту статью написал Брайан Коберлейн из One Universe At A Time.

Поделиться этой статьей

Мафусаил: старейшая звезда во Вселенной

Самая старая звезда во Вселенной — HD140283, или, как ее обычно называют, Мафусаил. На этом оцифрованном изображении обзора неба показана звезда Мафусаил, расположенная на расстоянии 190,1 световых года от нас. Астрономы уточнили возраст звезды примерно до 14,3 миллиарда лет (что старше Вселенной) плюс-минус 800 миллионов лет. Изображение опубликовано 7 марта 2013 г.
(Изображение предоставлено: Оцифрованный обзор неба (DSS), STScI/AURA, Palomar/Caltech и UKSTU/AAO)

В 2000 году ученые установили дату того, что, по их мнению, было самой старой звездой во Вселенной. Они провели наблюдения со спутника Hipparcos Европейского космического агентства (ESA) и подсчитали, что HD140283 — или Мафусаил, как его обычно называют — имеет ошеломляющий возраст — 16 миллиардов лет.

Такая цифра несколько сбивала с толку. В конце концов, возраст Вселенной, определенный по наблюдениям за космическим микроволновым фоном, составляет 13,8 миллиарда лет, так как же звезда может быть старше Вселенной?

«Это было серьезное несоответствие», — говорит астроном Говард Бонд из Пенсильванского государственного университета. Помня об этом, Бонд и его коллеги решили выяснить правду и проверить точность цифры. Их выводы были такими же ошеломляющими.

Связанный: Звезда Мафусаил: Обнаружена самая старая из известных звезд (галерея)

 Астрономы начали наблюдать за Мафусаилом, названным в честь библейского патриарха, который, как говорят, умер в возрасте 969 лет, что делает его самым долгоживущим из всех фигур в Библии — более 100 лет назад. Любопытная звезда расположена примерно в 190 световых лет от Земли в созвездии Весов, и он быстро путешествует по небу со скоростью 800 000 миль в час (1,3 миллиона километров в час).

Краткие факты:

— Мафусаил покрывает ширину Луны в ночном небе каждые 1500 лет.

– Невооруженным глазом Мафусаила не увидишь. Ее можно увидеть только в телескоп 

– Она содержит всего 1/250 железа, содержащегося в нашем Солнце

Было ясно, что звезда старая. Бедный металлами субгигант преимущественно состоит из водорода и гелия и содержит очень мало железа. Такой состав означал, что звезда должна была появиться, когда во Вселенной доминировали гелий и водород, и до того, как железо стало обычным явлением (более тяжелые элементы появились только тогда, когда массивные звезды создали их в своих ядрах)

Но мог ли Мафусаил действительно быть более чем на два миллиарда лет старше своего окружения? Наверняка это просто невозможно. Либо звезда была старше Вселенной, либо Вселенная была не такой «молодой», как думали ученые. Или, может быть, датировка была просто неправильной. Что должно было быть?

Исследование возраста Мафусаила

Это вид неба с заднего двора вокруг древней звезды Мафусаил, занесенной в каталог как HD 140283. Изображение опубликовано 7 марта 2013 г. (Изображение предоставлено: A. Fujii и Z. Leway (STScI) )

 Загадку такого масштаба нельзя было игнорировать, поэтому Бонд и его коллеги попытались докопаться до истины, проанализировав 11 наборов наблюдений, записанных в период с 2003 по 2011 год.  

Эти наблюдения были сделанные датчиками точного наведения космического телескопа Хаббла, которые отмечали положение, расстояние и выходную энергию звезд. Измерения параллакса, спектроскопии и фотометрии позволили ученым определить лучшее чувство возраста.

«Одной из неопределенностей с возрастом HD 140283 было точное расстояние до звезды, — сказал Бонд. «Было важно сделать это правильно, потому что мы можем лучше определить ее светимость и, следовательно, ее возраст — чем ярче собственная светимость, тем моложе звезда».

Истории по теме:

это означало, что мы наблюдали за звездой с разницей в шесть месяцев, чтобы найти сдвиг в ее положении из-за движения Земли по орбите, что говорит нам о расстоянии».0003

Бонд добавляет, что в теоретическом моделировании звезд также были неточности, такие как точные скорости ядерных реакций в ядре и важность элементов, диффундирующих вниз во внешние слои. Поэтому они работали над идеей, что оставшийся гелий диффундирует глубже в ядро, оставляя меньше водорода для сжигания в результате ядерного синтеза. Чем быстрее расходуется топливо, тем меньше возраст.

«Еще одним важным фактором было количество кислорода в звезде, — сказал Бонд. У HD 140283 соотношение кислорода к железу было выше, чем предполагалось, и, поскольку кислорода во Вселенной не было в изобилии в течение нескольких миллионов лет, это снова указывало на более низкий возраст звезды.

В результате всей этой работы Бонд и его сотрудники оценили возраст HD 140283 в 14,46 миллиарда лет. Это было значительное сокращение по сравнению с заявленными ранее 16 миллиардами, но все же это больше, чем возраст самой Вселенной.

В этом смысле это не прояснило тайну и, на первый взгляд, просто гарантировало, что Мафусаил останется диковинкой. Но ученые установили остаточную неопределенность в 800 миллионов лет, что, по словам Бонда, делает возраст звезды совместимым с возрастом Вселенной. Это был большой прорыв.

Связанный: Проверьте свои знания в этом звездном тесте исследование. «Наложение полос погрешностей дает некоторое указание на вероятность конфликта с космологическими определениями возраста» 

«Другими словами, наиболее подтвержденный возраст звезды противоречит возрасту Вселенной [как определено космический микроволновый фон], и конфликт может быть разрешен только путем доведения планок погрешностей до их крайних пределов».

Дальнейшие уточнения привели к тому, что возраст HD 140283 еще немного снизился. Например, последующее исследование 2014 года обновило возраст звезды до 14,27 миллиарда лет. «Опять же, если учесть все источники неопределенности — как в наблюдательных измерениях, так и в теоретическом моделировании — ошибка составляет около 700 или 800 миллионов лет, поэтому конфликта нет, потому что 13,8 миллиарда лет лежат в пределах погрешности звезды», — сказал Бонд. .

Более того, в мае 2021 года другая группа астрономов пересмотрела наилучшие оценки возраста и массы Мафусаила и, смоделировав, как звезды меняются с течением времени, установили, что его возраст составляет 12 миллиардов лет. Это по-прежнему делает HD 140283 чрезвычайно старой (солнцу, для сравнения, всего лишь ребенок в 4,6 миллиарда лет), но она точно и точно определяет возраст звезды как возраст Вселенной. Или это так?

Исследование возраста Вселенной

На этом рисунке показана временная шкала Вселенной, основанная на теории Большого взрыва и моделях инфляции. (Изображение предоставлено NASA/WMAP)

(открывается в новой вкладке)

С одной стороны, Бонд говорит, что попытки датировать Мафусаила — это «удивительное научное достижение, которое предоставляет очень убедительные доказательства картины Вселенной Большого Взрыва». Показывая сходство между возрастом Вселенной и возрастом этой старой близкой звезды, он говорит, что проблема с возрастом самых старых звезд гораздо менее серьезна, чем это было в 19 веке.90-х годов, когда звездный возраст приближался к 18 миллиардам лет или, в одном случае, к 20 миллиардам лет. «С неопределенностью определений возрасты теперь согласны», — сказал Бонд.

Но, с другой стороны, Мэтьюз считает, что проблема еще не решена. Астрономы на международной конференции ведущих космологов в Институте теоретической физики им. Кавли в Санта-Барбаре, штат Калифорния, в июле 2019 года были озадачены исследованиями, предполагающими разный возраст Вселенной. Они изучали измерения относительно близких галактик, которые предполагают, что Вселенная моложе на сотни миллионов лет по сравнению с возрастом, определяемым космическим микроволновым фоном.

Связанные: 7 удивительных фактов о Вселенной

Возраст Вселенной далеко не 13,8 миллиарда лет, согласно подробным измерениям космического излучения, проведенным Европейским космическим телескопом «Планк» в 2013 году, возраст Вселенной может достигать 11,4 миллиарда лет. Если это действительно так, то Мафусаил снова на единицу старше вселенной. Сюжет, действительно, запутывается, но насколько точны эти переоценки?

Одним из тех, кто стоит за современными исследованиями Вселенной, является лауреат Нобелевской премии Адам Рисс из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд.

Выводы основаны на идее расширяющейся Вселенной, показанной в 1929 году Эдвином Хабблом. Это фундаментально для Большого Взрыва — понимания того, что когда-то существовало состояние горячей плотности, которое взорвалось, растянув пространство. Это указывает на отправную точку, которую можно измерить, но новые данные свидетельствуют о том, что скорость расширения примерно на 10% выше, чем предложенная Планком.

Действительно, команда Планка определила, что скорость расширения составляет 67,4 км в секунду на мегапарсек, но более поздние измерения скорости расширения Вселенной указывают на значения 73 или 74. 

Это означает, что существует разница между измерением того, насколько быстро Вселенная расширяется сегодня, и предсказаниями того, как быстро она должна расширяться, основанными на физике ранней Вселенной, сказал Рисс. Это приводит к переоценке общепринятых теорий, а также показывает, что еще многое предстоит узнать о темной материи и темной энергии, которые, как считается, стоят за этой загадкой.

Связанный: 5 странных фактов о наблюдении за рождением Вселенной

Более высокое значение постоянной Хаббла указывает на более короткий возраст Вселенной. Константа 67,74 км в секунду на мегапарсек приводит к возрасту 13,8 миллиарда лет, тогда как одно из 73 или даже 77, как показали некоторые исследования, указывает на возраст Вселенной не более 12,7 миллиарда лет.

Это несоответствие предполагает, как уже говорилось, что HD 140283 все еще может быть старше Вселенной. С тех пор его также заменило исследование 2019 года, опубликованное в журнале Science, в котором предложена постоянная Хаббла, равная 82,4, что предполагает, что возраст Вселенной составляет всего 11,4 миллиарда лет. Астрономы надеются, что космический телескоп Джеймса Уэбба сможет пролить свет на эту загадку.

Мэтьюз считает, что ответы кроются в более глубоком космологическом совершенствовании. «Я подозреваю, что космологи-наблюдатели упустили что-то, что создает этот парадокс, а не звездные астрофизики», — сказал он, указывая на то, что измерения звезд, возможно, более точны.

«Это не потому, что космологи более небрежны, а потому, что определение возраста Вселенной подвержено большим и, возможно, более сложным наблюдениям и теоретическим неопределенностям, чем возраст звезд.»

Почему Вселенная кажется моложе Мафусаила?

Представление художника о формировании первых звезд Вселенной. (Изображение предоставлено NASA/WMAP Science Team)

(открывается в новой вкладке)

Но что может заставить Вселенную казаться моложе этой конкретной звезды?

«Есть два варианта, и история науки показывает, что в таких случаях реальность представляет собой смесь обоих», — сказал Мэтьюз. «В этом случае это были бы источники ошибок наблюдений, которые не были полностью поняты, плюс некоторые пробелы в теории динамики Вселенной, такие как сила темной энергии, которая была основной движущей силой космического расширения. уже много миллиардов лет».

Связанный: Объяснение тайны темной материи и темной энергии (инфографика)

Он предполагает возможность того, что нынешний «парадокс возраста» отражает изменение темной энергии во времени и, следовательно, изменение скорости ускорения — возможность, обнаруженная теоретиками, может быть совместима с идеями о фундаментальной природе гравитации, такими как так называемая каузальная теория множеств. По словам Мэтьюза, новое исследование гравитационных волн может помочь разрешить этот парадокс.

Чтобы сделать это, ученые будут смотреть на рябь в ткани пространства и времени, созданную парами мертвых звезд, вместо того, чтобы полагаться на космический микроволновый фон или мониторинг близлежащих объектов, таких как переменные цефеиды и сверхновые, для измерения Хаббла. Постоянная — первая приводит к скорости 67 км в секунду на мегапарсек, а вторая — к 73.

Проблема в том, что измерение гравитационных волн — непростая задача, учитывая, что впервые они были непосредственно обнаружены только в 2015 году. десятилетие. Идея состоит в том, чтобы собрать данные о столкновениях между парами нейтронных звезд, используя видимый свет, излучаемый этими событиями, чтобы определить скорость, с которой они движутся относительно Земли. Это также влечет за собой анализ результирующих гравитационных волн для представления о расстоянии — и то, и другое можно объединить, чтобы дать измерение постоянной Хаббла, которое должно быть наиболее точным.

Тайна эпохи HD 140283 ведет к чему-то большему и более сложному с научной точки зрения, изменяющему понимание того, как устроена Вселенная.

«Наиболее вероятные объяснения парадокса — это какой-то упущенный из виду эффект наблюдения и/или что-то большое, чего не хватает в нашем понимании динамики космического расширения», — сказал Мэтьюз. Что именно представляет собой это «что-то», несомненно, какое-то время будет задавать вопросы астрономам.

Дополнительные ресурсы

Узнайте больше о датчиках точного наведения (откроется в новой вкладке) космического телескопа Хаббла. Посмотрите эту интересную историю (откроется в новой вкладке) космического телескопа Хаббл. Узнайте, как WMAP (открывается в новой вкладке) проводит космологические измерения и определяет возраст Вселенной.

Библиография

• Тан, Цзяньлин и Меридит Джойс. «Пересмотренные наилучшие оценки возраста и массы звезды Мафусаил HD 140283 с использованием MESA и интерферометрии и последствий для одномерной конвекции (открывается в новой вкладке)» Research Notes of the AAS 5. 5 (2021 г.): 117.
• Линкольн, Дон. «Нашли ли астрономы звезду старше Вселенной? (открывается в новой вкладке)» Учитель физики 59.3 (2021): 154–158.
• Бонд, Ховард Э. и др. «HD 140283: звезда в окрестностях Солнца, образовавшаяся вскоре после Большого взрыва. (открывается в новой вкладке)» The Astrophysical Journal Letters 765.1 (2013): L12.
• Кателан, М. «Возраст (самых старых) звезд. (открывается в новой вкладке)» Proceedings of the International Astronomical Union 13.S334 (2017): 11-20.

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Дэвид Крукс (David Crookes) — британский журналист, работающий в области науки и технологий, профессионально пишет уже более двух десятилетий. Получив образование в Университете Дарема в Англии, он писал статьи для десятков газет, журналов и веб-сайтов, включая The Independent, The i Paper, London Evening Standard, BBC Earth, How It Works и LiveScience.