Για περισσότερα από 100 χρόνια, οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει ένα περίεργο αστέρι που βρίσκεται περίπου 190 έτη φωτός μακριά από τη Γη στον αστερισμό Libra. Γρήγορα ταξιδεύει στον ουρανό στα 800.000 μίλια την ώρα (1.3 εκατομμύρια χιλιόμετρα την ώρα). Αλλά πιο ενδιαφέρον από αυτό, HD 140283 - ή Methuselah όπως είναι γνωστό - είναι επίσης ένα από τα παλαιότερα γνωστά αστέρια του σύμπαντος.
Το 2000, οι επιστήμονες επεδίωξαν μέχρι σήμερα το αστέρι χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις μέσω του δορυφόρου Hipparcos της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA), η οποία εκτιμούσε ηλικία 16 δις ετών. Μια τέτοια μορφή ήταν μάλλον μυαλό-φυσώντας και επίσης αρκετά διασκεδαστικό. Όπως επεσήμανε ο αστρονόμος Howard Bond του κρατικού πανεπιστημίου της Πενσυλβανίας, η ηλικία του σύμπαντος - που καθορίζεται από τις παρατηρήσεις του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου - είναι 13,8 δισεκατομμυρίων ετών. "Ήταν μια σοβαρή διαφορά", είπε.
Λαμβανόμενη στην ονομαστική αξία, η προβλεπόμενη ηλικία του αστεριού έθεσε ένα σημαντικό πρόβλημα. Πώς θα μπορούσε ένα αστέρι να είναι παλαιότερο από το σύμπαν; Ή, αντιστρόφως, πώς θα μπορούσε ο κόσμος να είναι νεότερος; Ήταν βέβαια σαφές ότι ο Μεθουσάλα - ο οποίος αναφέρεται σε έναν βιβλίο πατριάρχη ο οποίος λέγεται ότι πέθανε το 969, κάνοντάς τον τον πιό μακροχρόνιο από όλους τους αριθμούς της Βίβλου - ήταν παλαιός, αφού το φτωχό από μέταλλο υποβιαντήριο αποτελείται κυρίως από υδρογόνο και το ήλιο και περιέχει πολύ λίγο σίδηρο. Η σύνθεσή του σήμαινε ότι το αστέρι πρέπει να έχει δημιουργηθεί πριν το σίδερο γίνει συνηθισμένο.
Αλλά περισσότερο από δύο δισεκατομμύρια χρόνια παλαιότερα από το περιβάλλον του; Σίγουρα αυτό δεν είναι δυνατό.
Κοιτάζοντας πιο προσεκτικά την εποχή του Μεθουσάλα
Ο Bond και οι συνάδελφοί του έθεσαν το καθήκον να διαπιστώσουν εάν το αρχικό ποσό των 16 δισεκατομμυρίων ήταν ακριβές. Πήραν πάνω από 11 σύνολα παρατηρήσεων που είχαν καταγραφεί μεταξύ 2003 και 2011 από τους αισθητήρες καλής καθοδήγησης του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, οι οποίοι σημειώνουν τις θέσεις, τις αποστάσεις και την ενεργειακή απόδοση των αστεριών. Κατά την απόκτηση παραλαγμάτων, φασματοσκοπίας και φωτομετρικών μετρήσεων, θα μπορούσε να προσδιοριστεί μια καλύτερη αίσθηση ηλικίας.
"Μία από τις αβεβαιότητες με την ηλικία του HD 140283 ήταν η ακριβής απόσταση του άστρου," δήλωσε ο Bond στο All About Space. "Ήταν σημαντικό να το κάνουμε αυτό γιατί μπορούμε να προσδιορίσουμε καλύτερα τη φωτεινότητα του και από εκείνη την εποχή του - τόσο φωτεινότερη είναι η εγγενής φωτεινότητα, τόσο μικρότερη είναι η αστέρι. Ψάχναμε για το φαινόμενο parallax, που σημαίνει ότι βλέπουμε το αστέρι έξι μήνες εκτός από την αναζήτηση της μετατόπισης της θέσης της λόγω της τροχιακής κίνησης της Γης, η οποία μας λέει την απόσταση. "
Υπήρχαν επίσης αβεβαιότητες στη θεωρητική μοντελοποίηση των αστεριών, όπως είναι τα ακριβή ποσοστά πυρηνικών αντιδράσεων στον πυρήνα και η σημασία των στοιχείων που διαχέονται προς τα κάτω στα εξωτερικά στρώματα, είπε. Εργάστηκαν στην ιδέα ότι το ηλίθιο που απομένει διαχέεται βαθύτερα στον πυρήνα, αφήνοντας λιγότερο υδρογόνο να καεί μέσω της πυρηνικής σύντηξης. Με τα ταχύτερα χρησιμοποιούμενα καύσιμα, η ηλικία μειώνεται.
"Ένας άλλος παράγοντας που ήταν σημαντικός ήταν, από όλα τα πράγματα, η ποσότητα οξυγόνου στο αστέρι", δήλωσε ο Μποντ. Το HD 140283 είχε υψηλότερο λόγο από τον προβλεπόμενο λόγο οξυγόνου προς σίδηρο και, επειδή το οξυγόνο δεν ήταν άφθονο στο σύμπαν για μερικά εκατομμύρια χρόνια, επισήμανε και πάλι σε χαμηλότερη ηλικία για το αστέρι.
Ο Bond και οι συνεργάτες του εκτιμούσαν ότι η ηλικία HD 140283 είναι 14,46 δισεκατομμύρια χρόνια - σημαντική μείωση στα 16 δισεκατομμύρια που είχε προηγουμένως αξιωθεί. Αυτό όμως ήταν ακόμα περισσότερο από την ηλικία του ίδιου του σύμπαντος, αλλά οι επιστήμονες έθεσαν μια εναπομένουσα αβεβαιότητα 800 εκατομμυρίων ετών, την οποία ο Μποντ είπε ότι η ηλικία του αστεριού ήταν συμβατή με την ηλικία του σύμπαντος, παρόλο που δεν ήταν τελείως τέλεια .
"Όπως όλες οι μετρούμενες εκτιμήσεις, υπόκειται τόσο σε τυχαίο όσο και σε συστηματικό σφάλμα", δήλωσε ο φυσικός Robert Matthews του Πανεπιστημίου Aston στο Μπέρμιγχαμ, Ηνωμένο Βασίλειο, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. "Η αλληλεπικάλυψη στις γραμμές σφάλματος δίνει κάποια ένδειξη της πιθανότητας μιας σύγκρουσης με τους προσδιορισμούς της κοσμολογικής ηλικίας", δήλωσε ο Matthews. "Με άλλα λόγια, η καλύτερη υποστηριζόμενη ηλικία του αστεριού είναι σε σύγκρουση με εκείνη της εξελισσόμενης εποχής του σύμπαντος και η σύγκρουση μπορεί να επιλυθεί μόνο πιέζοντας τις ράβδους σφάλματος στα ακραία τους όρια".
Περαιτέρω βελτιώσεις είδαν την ηλικία HD 140283 να πέσει λίγο περισσότερο. Μια μελέτη παρακολούθησης του 2014 επικαιροποίησε την ηλικία του αστεριού στα 14,27 δισεκατομμύρια χρόνια. "Το συμπέρασμα ήταν ότι η ηλικία είναι περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια και, αν συμπεριληφθούν όλες οι πηγές αβεβαιότητας - τόσο στις παρατηρησιακές μετρήσεις όσο και στη θεωρητική μοντελοποίηση - το σφάλμα είναι περίπου 700 ή 800 εκατομμύρια χρόνια, επομένως δεν υπάρχει σύγκρουση επειδή 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια βρίσκεται μέσα στο μπαρ σφάλματος του αστεριού ", δήλωσε ο Μποντ.
Κοιτάζοντας πιο προσεκτικά την εποχή του σύμπαντος
Για τον Bond, οι ομοιότητες μεταξύ της εποχής του σύμπαντος και αυτού του παλιού κοντινού αστέρος -οι οποίες καθορίστηκαν με διαφορετικές μεθόδους ανάλυσης- είναι ένα "καταπληκτικό επιστημονικό επίτευγμα το οποίο παρέχει πολύ ισχυρές αποδείξεις για την εικόνα του μεγάλου βήματος του σύμπαντος ". Είπε ότι το πρόβλημα με την ηλικία των παλαιότερων αστέγων είναι πολύ λιγότερο σοβαρό από ό, τι ήταν στη δεκαετία του 1990, όταν οι αστρικές ηλικίες πλησίαζαν τα 18 δισεκατομμύρια χρόνια ή σε μια περίπτωση τα 20 δισεκατομμύρια χρόνια. «Με τις αβεβαιότητες των αποφάσεων, οι ηλικίες συμφωνούν τώρα», είπε ο Μποντ.
Ωστόσο, ο Matthews πιστεύει ότι το πρόβλημα δεν έχει ακόμη επιλυθεί. Οι αστρονόμοι σε ένα διεθνές συνέδριο κορυφαίων κοσμολόγων στο Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής του Kavli στη Σάντα Μπάρμπαρα της Καλιφόρνιας, τον Ιούλιο του 2019, ήταν αινιγματικοί για μελέτες που πρότειναν διαφορετικές ηλικίες για το σύμπαν. Εξετάζονταν οι μετρήσεις των γαλαξιών που είναι σχετικά κοντινοί που υποδηλώνουν ότι ο κόσμος είναι νεότερος κατά εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια σε σύγκριση με την ηλικία που καθορίζεται από το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο.
Στην πραγματικότητα, πολύ μακριά από την ηλικία των 13,8 δισεκατομμυρίων ετών, όπως εκτιμάται από τις λεπτομερείς μετρήσεις της κοσμικής ακτινοβολίας του Planck για το 2013, το σύμπαν μπορεί να είναι μόλις 11,4 δισεκατομμύρια χρόνια. Ένας από αυτούς που είναι πίσω από τις σπουδές είναι ο βραβευμένος με Νόμπελ Αδάμ Ρίσς του Επιστημονικού Ινστιτούτου Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη, Μέριλαντ.
Τα συμπεράσματα βασίζονται στην ιδέα ενός διαστελλόμενου σύμπαντος, όπως δείχνει το 1929 ο Edwin Hubble. Αυτό είναι θεμελιώδες για τη Μεγάλη Έκρηξη - την κατανόηση ότι υπήρξε κάποτε μια κατάσταση καυτή πυκνότητα που εξερράγη έξω, τέντωμα χώρο. Δείχνει ένα σημείο εκκίνησης που πρέπει να είναι μετρήσιμο, αλλά νέα ευρήματα δείχνουν ότι το ποσοστό επέκτασης είναι στην πραγματικότητα περίπου 10% υψηλότερο από αυτό που πρότεινε ο Planck.
Πράγματι, η ομάδα Planck διαπίστωσε ότι το ποσοστό επέκτασης ήταν 67,4 χλμ. Ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec, αλλά πιο πρόσφατες μετρήσεις του ρυθμού επέκτασης του σύμπαντος σε τιμές 73 ή 74. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει διαφορά μεταξύ της μέτρησης του πόσο γρήγορα το σύμπαν επεκτείνεται σήμερα και οι προβλέψεις για το πόσο γρήγορα θα πρέπει να επεκταθεί με βάση τη φυσική του πρώιμου σύμπαντος, είπε ο Riess. Αυτό οδηγεί σε επανεξέταση των αποδεκτών θεωριών, ενώ παράλληλα δείχνει ότι υπάρχουν ακόμα πολλά να μάθουν για τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια, τα οποία πιστεύεται ότι βρίσκονται πίσω από αυτό το αίνιγμα.
Μια υψηλότερη τιμή για το σταθερό Hubble δείχνει μια μικρότερη ηλικία για το σύμπαν. Μια σταθερά 67,74 χλμ. Ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec θα οδηγούσε σε ηλικία 13,8 δισεκατομμυρίων ετών, ενώ μία από τις 73, ή ακόμα και τις 77, όπως έδειξαν μερικές μελέτες, θα έδειχνε ηλικία σύμπαντος όχι μεγαλύτερη από 12,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Είναι μια αναντιστοιχία που δείχνει, για άλλη μια φορά, ότι το HD 140283 είναι παλαιότερο από το σύμπαν. Έχει επίσης αντικατασταθεί από μια μελέτη του 2019 που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science που πρότεινε ένα Hubble Constant 82,4 - υποδηλώνοντας ότι η ηλικία του σύμπαντος είναι μόνο 11,4 δισεκατομμύρια χρόνια.
Ο Matthews πιστεύει ότι οι απαντήσεις βρίσκονται σε μεγαλύτερη κοσμολογική βελτίωση. "Υποψιάζομαι ότι οι παρατηρητικοί κοσμολόγοι έχουν χάσει κάτι που δημιουργεί αυτό το παράδοξο, παρά τους αστρικούς αστροφυσικούς", είπε, δείχνοντας ότι οι μετρήσεις των αστεριών είναι ίσως ακριβέστερες. "Αυτό δεν οφείλεται στο ότι οι κοσμολόγοι είναι κατά κανένα τρόπο πιό επικίνδυνες, αλλά επειδή η ηλικιακή αποφασιστικότητα του σύμπαντος εξαρτάται από περισσότερες και αδιαμφισβήτητα πιο δύσκολες παρατηρητικές και θεωρητικές αβεβαιότητες από εκείνες των αστεριών".
Έτσι, πώς θα το καταλάβουν οι επιστήμονες;
Τι θα μπορούσε να κάνει το σύμπαν να φαίνεται νεώτερο από αυτό το συγκεκριμένο αστέρι;
"Υπάρχουν δύο επιλογές και η ιστορία της επιστήμης υποδηλώνει ότι σε τέτοιες περιπτώσεις η πραγματικότητα είναι ένα μίγμα και των δύο", δήλωσε ο Matthews. "Σε αυτή την περίπτωση, θα ήταν πηγές παρατηρητικού σφάλματος που δεν έχουν γίνει πλήρως κατανοητές, καθώς και μερικά κενά στη θεωρία της δυναμικής του σύμπαντος, όπως η δύναμη της σκοτεινής ενέργειας, η οποία υπήρξε ο πρωταρχικός παράγοντας της κοσμικής επέκτασης για πολλά δισεκατομμύρια χρόνια τώρα. "
Προτείνει την πιθανότητα ότι το σημερινό "παράδοξο της ηλικίας" αντικατοπτρίζει τη χρονική διακύμανση της σκοτεινής ενέργειας και επομένως μια μεταβολή στο ρυθμό επιτάχυνσης - ένας θεωρητικός που έχουν βρεθεί μπορεί να είναι συμβατός με ιδέες σχετικά με τη θεμελιώδη φύση της βαρύτητας, θεωρία αιτιωδών συνόλων. Νέα έρευνα για τα κύματα βαρύτητας θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση του παράδοξου, είπε ο Matthews.
Για να γίνει αυτό, οι επιστήμονες θα δουν τις κυματιστές στο χώρο του χρόνου και του χώρου που δημιουργούνται από ζεύγη νεκρών αστεριών, αντί να βασίζονται στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο ή στην παρακολούθηση παρακείμενων αντικειμένων όπως οι μεταβλητές Cepheid και οι σουπερνόβες για τη μέτρηση του Hubble Constant - η πρώτη με ταχύτητα 67 χλμ. ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec και η τελευταία με 73 μοίρες.
Το πρόβλημα είναι ότι η μέτρηση των βαρυτικών κυμάτων δεν είναι εύκολη υπόθεση, δεδομένου ότι εντοπίστηκαν μόνο για πρώτη φορά το 2015. Ωστόσο, σύμφωνα με τον Stephen Feeney, αστροφυσικό στο Ινστιτούτο Flatiron στη Νέα Υόρκη, θα μπορούσε να σημειωθεί σημαντική πρόοδος κατά τη διάρκεια της επόμενη δεκαετία. Η ιδέα είναι να συγκεντρωθούν δεδομένα από συγκρούσεις μεταξύ ζευγών αστέλων νετρονίων χρησιμοποιώντας το ορατό φως που αυτά τα γεγονότα εκπέμπουν για να υπολογίσουν την ταχύτητα που κινούνται σε σχέση με τη Γη. Περιέχει επίσης την ανάλυση των επακόλουθων βαρυτικών κυμάτων για μια ιδέα της απόστασης - και τα δύο μπορούν να συνδυαστούν για να δώσουν μια μέτρηση του σταθερού Hubble που θα πρέπει να είναι η πιο ακριβής ακόμα.
Το μυστήριο της εποχής του HD 140283 οδηγεί σε κάτι μεγαλύτερο και πιο επιστημονικά περίπλοκο, αλλάζοντας την κατανόηση του πώς λειτουργεί το σύμπαν.
"Οι πιο πιθανές εξηγήσεις για το παράδοξο είναι κάποια παραβλεφθείσα παρατήρηση ή / και κάτι που λείπει πολύ από την κατανόηση της δυναμικής της κοσμικής επέκτασης", δήλωσε ο Matthews. Ακριβώς τι είναι αυτό το "κάτι", είναι σίγουρο ότι οι αστρονόμοι θα αμφισβητηθούν για κάποιο χρονικό διάστημα.
Επιπρόσθετοι πόροι:
