Više od 100 godina astronomi su promatrali znatiželjnu zvijezdu koja se nalazi oko 190 svjetlosnih godina udaljena od Zemlje u zviježđu Vaga. Brzo se kreće nebom brzinom od 800.000 km (1.3 milijuna kilometara na sat). No zanimljivije od toga je HD 140283 - ili Metuselah kako je opće poznato - također jedna od najstarijih poznatih zvijezda u svemiru.
Znanstvenici su 2000. godine pokušali datirati zvijezdu pomoću opažanja putem satelita Hipparcos Europske svemirske agencije (ESA), koji je procijenio starost od 16 milijardi godina. Takav je lik bio prilično gladan i također prilično zbunjujući. Kao što je istaknuo astronom Howard Bond sa Sveučilišta Pennsylvania State, starost svemira - određeno na osnovu promatranja pozadine kozmičke mikrovalne - je 13,8 milijardi godina. "Bilo je to ozbiljno odstupanje", rekao je.
Uzimajući u nominalnu vrijednost, zvijezda je predviđena dob stvorila veliki problem. Kako bi zvijezda mogla biti starija od svemira? Ili, obrnuto, kako je svemir mogao biti mlađi? Sigurno je bilo jasno da je Metuselah - nazvan u vezi s biblijskim patrijarhom za kojeg se govori da je umro u dobi od 969. godine, čineći ga najdužim životom svih figura iz Biblije - star, budući da je substancija siromašna metalima uglavnom načinjena od vodika a helij i sadrži vrlo malo željeza. Sastav mu je značio da je zvijezda sigurno nastala prije nego što je željezo postalo uobičajeno.
Ali više od dvije milijarde godina starije od svoje okoline? Sigurno da to jednostavno nije moguće.
Pobliže pogledajući doba Metuselaha
Bond i njegovi kolege postavili su sebi zadatak da utvrde je li tačna početna brojka od 16 milijardi tačna ili ne. Usporedili su više od 11 skupa opažanja koja su zabilježena između 2003. i 2011. pomoću senzora preciznog usmjeravanja svemirskog teleskopa Hubble, koji bilježe položaje, udaljenosti i energetsku snagu zvijezda. Dobivanjem mjerenja paralakse, spektroskopije i fotometrije moglo se utvrditi bolji osjećaj starosti.
"Jedna od nesigurnosti s dobi od 140283 HD bila je precizna udaljenost zvijezde", rekao je Bond za All About Space. "Važno je bilo ispraviti to jer možemo bolje odrediti njegovu svjetlinu, a od te dobi - što je sjajnija unutarnja svjetlost, to je mlađa zvijezda. Tražili smo efekt paralaksa, što je značilo da zvijezdu gledamo šest mjeseci osim da tražimo pomak u svom položaju zbog orbitalnog gibanja Zemlje, što nam govori udaljenost. "
Nejasnoće su postojale i u teoretskom modeliranju zvijezda, poput točnih brzina nuklearnih reakcija u jezgri i važnosti elemenata koji se šire u donjim slojevima, kako bi se smanjili prema dolje, rekao je. Radili su na ideji da preostali helij difundira dublje u jezgru, ostavljajući manje vodika da gori nuklearnom fuzijom. Što se gorivo brže koristi, starost se snižava.
"Drugi čimbenik koji je bio važan bila je, između ostalog, količina kisika u zvijezdi", rekao je Bond. HD 140283 imao je veći omjer predviđenog omjera kisik-željezo i, budući da kisik nije bio u svemiru nekoliko milijuna godina, opet je ukazao na nižu dob zvijezde.
Bond i njegovi suradnici procjenjivali su dob HD 140283 na 14,46 milijardi godina - što je značajno smanjenje na 16 milijardi ranije traženih. To je, doduše, bilo više od samog doba svemira, ali znanstvenici su postavljali preostalu neizvjesnost od 800 milijuna godina, što je Bond rekao da je starost zvijezde kompatibilna s vremenom svemira, iako nije bila posve savršena ,
"Kao i sve izmjerene procjene, podložan je slučajnim i sustavnim pogreškama", rekao je fizičar Robert Matthews sa Sveučilišta Aston iz Birminghama u Velikoj Britaniji, koji nije bio uključen u studiju. "Preklapanje u trakama grešaka daje neke naznake vjerojatnosti sukoba s kozmološkim određivanjima dobi", rekao je Matthews. "Drugim riječima, najbolje podržana dob zvijezde u sukobu je s onim za izvedenu dob svemira, a sukob se može riješiti samo guranjem traka grešaka do krajnjih granica."
Daljnjim usavršavanjima starost HD 140283 pada malo više. Praćenje iz 2014. ažuriralo je životnu dob zvijezde na 14,27 milijardi godina. "Zaključak je da je starost oko 14 milijardi godina, i opet, ako se uključe svi izvori neizvjesnosti - i u opažačkim mjerenjima i u teorijskom modeliranju - greška je oko 700 ili 800 milijuna godina, tako da nema sukoba jer se 13,8 milijardi godina nalazi u traci greške zvijezde ", rekao je Bond.
Pogledavši pobliže starost svemira
Za Bonda su sličnosti između doba svemira i stare stare obližnje zvijezde - obje su određene različitim metodama analize - nevjerojatno znanstveno dostignuće koje pruža vrlo jake dokaze za sliku Svemira Velikog praska ”. Kazao je da je problem s dobi najstarijih zvijezda daleko manje ozbiljan nego što je bio u devedesetima kada su se zvjezdane dobi približavale 18 milijardi godina ili, u jednom slučaju, 20 milijardi godina. "S nesigurnostima određenja, godine se sada slažu", rekao je Bond.
Ipak, Matthews vjeruje da problem još uvijek nije riješen. Astronomi na međunarodnoj konferenciji vrhunskih kozmologa Instituta za teorijsku fiziku Kavli u Santa Barbari, Kalifornija, u srpnju 2019. zbunjivali su studije koje sugeriraju različite dobi za svemir. Gledali su mjerenja galaksija koje su relativno u blizini, što sugerira da je svemir mlađi stotinama milijuna godina u odnosu na dob određenu kozmičkom mikrovalnom pozadinom.
Zapravo, daleko od 13,8 milijardi godina, kako je procijenjeno detaljnim mjerenjima kozmičkog zračenja europskog svemirskog teleskopa 2013., svemir može biti star čak 11,4 milijarde godina. Jedan od onih koji stoje iza studija je nobelovac Adam Riess s Instituta za svemirski teleskop u Baltimoru, Maryland.
Zaključci se temelje na ideji o svemiru koji se širi, što je 1929. pokazao Edwin Hubble. Ovo je temeljno za Veliki prasak - razumijevanje da je jednom postojalo stanje vruće gustine koja je eksplodirala, rastežući se prostor. To ukazuje na početnu točku koja bi trebala biti mjerljiva, ali svježi nalazi sugeriraju da je stopa ekspanzije zapravo oko 10% veća od one koju je predložio Planck.
Zapravo, Planckov tim utvrdio je da brzina ekspanzije iznosi 67,4 km u sekundi po megaparseku, ali novija mjerenja brzine širenja svemira ukazuju na vrijednosti 73 ili 74. To znači da postoji razlika između mjerenja koliko brzo svemir se danas širi i predviđanja koliko brzo treba da se širi na temelju fizike ranog svemira, rekao je Riess. To vodi ponovnom ocjenjivanju prihvaćenih teorija, a istovremeno pokazuje da postoji još mnogo toga za naučiti o tamnoj materiji i tamnoj energiji, za koju se misli da stoji iza ove zagonetke.
Viša vrijednost konstante Hubblea ukazuje na kraću dob za svemir. Konstanta od 67,74 km u sekundi po megaparseku dovela bi do dobi od 13,8 milijardi godina, dok bi jedna od 73, čak čak 77 kao što pokazuju neke studije, ukazala na dob svemira ne veću od 12,7 milijardi godina. To je nesklad koji još jednom sugerira da je HD 140283 stariji od svemira. Od tada je također nadjačana studija iz 2019. godine objavljena u časopisu Science koja je predložila Hubble Constant od 82,4 - što sugerira da je starost svemira samo 11,4 milijarde godina.
Matthews vjeruje da se odgovori nalaze u većoj kozmološkoj rafiniranosti. "Sumnjam da su promatrački kosmolozi propustili nešto što stvara ovaj paradoks, a ne zvjezdane astrofizike", rekao je, ukazujući na to da su mjerenja zvijezda možda preciznija. "To nije zato što su kozmolozi ni na koji način slojniji, već zato što određivanje starosti svemira podliježe većoj i argumentirano težijoj promatračkoj i teorijskoj neizvjesnosti od zvijezda."
Pa, kako će znanstvenici to shvatiti?
Što bi moglo učiniti da se svemir potencijalno čini mlađim od ove zvijezde?
"Postoje dvije mogućnosti, a povijest znanosti sugerira da je u takvim slučajevima stvarnost mješavina i jednog i drugog", rekao je Matthews. "U ovom slučaju to bi bili izvori promatračke pogreške koja nije u potpunosti shvaćena, plus neke praznine u teoriji dinamike svemira, kao što je snaga tamne energije, koja je bila glavni pokretač kozmičke ekspanzije. već nekoliko milijardi godina. "
On sugerira mogućnost da trenutni "starosni paradoks" odražava vremensku promjenu tamne energije, a time i promjenu brzine ubrzanja - mogućnost koja je teoretičara utvrdila da je kompatibilna s idejama o temeljnoj prirodi gravitacije, poput tzv. teorija kauzalnih skupova. Novo istraživanje gravitacijskih valova moglo bi pomoći u rješavanju paradoksa, rekao je Matthews.
Da bi to učinili, znanstvenici bi promatrali pukotine u tkivu prostora i vremena koje su stvorili parovi mrtvih zvijezda, umjesto da bi se oslanjali na kozmičku mikrovalnu pozadinu ili nadgledanje obližnjih objekata kao što su cefidske varijable i supernove kako bi izmjerili Hubble Constant - prvi je rezultirao brzinom od 67 km u sekundi po megaparseku, a drugi u 73.
Problem je u tome što mjerenje gravitacijskih valova nije lak zadatak, s obzirom da su prvi put otkriveni samo 2015. godine. Ali prema Stephenu Feeneyu, astrofizičaru s Instituta Flatiron u New Yorku, proboj bi se mogao dogoditi tokom sljedeće desetljeće. Ideja je prikupljati podatke od sudara između parova neutronskih zvijezda pomoću vidljive svjetlosti koju ovi događaji odašilju kako bi se utvrdila brzina kojom se kreću u odnosu na Zemlju. To također uključuje analizu rezultirajućih gravitacijskih valova za ideju udaljenosti - oba se mogu kombinirati kako bi se dobilo mjerenje stalka Hubblea koje bi trebalo biti najpreciznije dosad.
Otajstvo doba HD 140283 dovodi do nečega većeg i znanstveno složenijeg, mijenjajući razumijevanje kako svemir djeluje.
"Najvjerojatnija objašnjenja paradoksa su neki previdjeli promatrački učinak i / ili nešto veliko što nedostaje u našem razumijevanju dinamike kozmičke ekspanzije", rekao je Matthews. Upravo to je "nešto", astronomi će sigurno neko vrijeme postavljati izazove.
Dodatna sredstva:
