Как звезда может быть старше Вселенной? В 2000 году учёные пытались определить дату самой старой, по их мнению, звезды во Вселенной. Они провели наблюдения с помощью спутника Hipparcos Европейского космического агентства (ESA) и подсчитали, что возраст HD140283 или Мафусаила, как её обычно называют, составляет ошеломляющие 16 миллиардов лет.

Такая цифра вызвала недоумение. В конце концов, возраст Вселенной, определенный по наблюдениям космического микроволнового фона, составляет 13,8 миллиарда лет, так как же звезда может быть старше Вселенной?

Это было серьезное несоответствие

Говорит астроном Говард Бонд из Университета штата Пенсильвания. Исходя из этого, Говард Бонд и его коллеги решили выяснить правду и проверить точность этой цифры. Их выводы были столь же умопомрачительными.

Астрономы начали наблюдать за Мафусаилом, названным так в честь библейского патриарха, который, как говорят, умер в возрасте 969 лет, что делает его самым долгоживущим из всех библейских героев, более 100 лет назад. Любопытная звезда находится на расстоянии около 190 световых лет от Земли в созвездии Весов и быстро перемещается по небу со скоростью 1,3 миллиона километров в час.

Мафусаил — Факты:

Мафусаил покрывает ширину Луны на ночном небе каждые 1 500 лет.
Мафусаила нельзя увидеть невооруженным глазом. Её можно увидеть только с помощью телескопа.
В ней содержится всего 1/250 часть железа нашего Солнца.
Было ясно, что звезда старая. Бедный металлами субгигант состоит преимущественно из водорода и гелия и содержит очень мало железа. Такой состав означает, что звезда появилась на свет, когда во Вселенной преобладали гелий и водород, а железо ещё не стало обычным явлением (более тяжёлые элементы появились только тогда, когда массивные звезды создали их в своих ядрах).

Но может ли Мафусаил действительно быть старше своего окружения более чем на два миллиарда лет? Конечно, это просто невозможно. Либо звезда была старше Вселенной, либо Вселенная была не такой «молодой», как считали учёные. А может быть, датировка была просто ошибочной. Что же это было?

Исследование возраста Муфусаила — это вид на небо с заднего двора, окружающий древнюю звезду Мафусаил, занесенную в каталог как HD 140283.

Загадку такого масштаба нельзя было игнорировать, поэтому Говард Бонд и его коллеги попытались докопаться до истины, изучив 11 наборов наблюдений, которые были записаны в период с 2003 по 2011 год.

Эти наблюдения проводились датчиками точной наводки космического телескопа «Хаббл», которые отмечали положение, расстояние и энерговыделение звезд. Получив данные измерений параллакса, спектроскопии и фотометрии, учёные смогли лучше определить возраст звезды.

Одной из неопределенностей в определении возраста HD 140283 было точное расстояние до звезды. Важно было правильно определить это расстояние, потому что мы можем лучше определить её светимость и, исходя из этого, её возраст — чем ярче собственная светимость, тем моложе звезда.Мы искали эффект параллакса, то есть наблюдали за звездой с разницей в шесть месяцев, чтобы найти сдвиг в её положении из-за орбитального движения Земли, что говорит нам о расстоянии.

Говард Бонд из Университета штата Пенсильвания

Бонд добавляет, что в теоретическом моделировании звёзд также существовали неопределенности, такие как точные скорости ядерных реакций в ядре и важность элементов, диффундирующих вниз во внешних слоях. Поэтому они работали над идеей, что оставшийся гелий диффундирует глубже в ядро, оставляя меньше водорода для сжигания в процессе ядерного синтеза. Поскольку топливо расходуется быстрее, возраст уменьшается.

Ещё одним важным фактором было количество кислорода в звезде» У HD 140283 соотношение кислорода к железу оказалось выше, чем прогнозировалось, и, поскольку кислород не был в изобилии во Вселенной в течение нескольких миллионов лет, это снова указывает на меньший возраст звезды», говорит Горвард Бонд.

В результате всей этой работы Бонд и его коллеги оценили возраст HD 140283 в 14,46 миллиарда лет. Это значительно меньше заявленных ранее 16 миллиардов, но всё равно больше, чем возраст самой Вселенной.

В этом смысле оно не прояснило загадку и, на первый взгляд, просто гарантировало, что Мафусаил останется диковинкой. Но учёные установили остаточную неопределенность в 800 миллионов лет, что, по словам Бонда, позволило совместить возраст звезды с возрастом Вселенной. Это был большой прорыв.

Как и все измеренные оценки, она подвержена как случайным, так и систематическим ошибкам. Перекрытие полос ошибок даёт некоторое представление о вероятности столкновения с космологическими определениями возраста». Другими словами, наилучшим образом подтверждённый возраст звезды противоречит возрасту Вселенной (определённому по космическому микроволновому фону), и этот конфликт может быть разрешён только путём расширения полос ошибок до крайних пределов, сказал физик Роберт Мэтьюс из Астонского университета в Бирмингеме, Великобритания, который не принимал участия в исследовании.

В результате дальнейших уточнений возраст HD 140283 ещё немного снизился. Например, в последующем исследовании 2014 года возраст звезды был уточнён 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, так что никакого конфликта нет, потому что 13,8 миллиарда лет лежит в пределах полосы ошибок звезды, сказала Горвард Бонд.

Более того, в мае 2021 года другая группа астрономов пересмотрела лучшие оценки возраста и массы Мафусаила и, смоделировав, как звёзды меняются со временем, установила, что её возраст составляет 12 миллиардов лет. Это по-прежнему делает HD 140283 чрезвычайно старой (Солнце, для сравнения, всего лишь ребенок — ему 4,6 миллиарда лет), но при этом возраст звезды вполне укладывается в возраст Вселенной. Или нет?

Исследование возраста Вселенной

Показав сходство между возрастом Вселенной и возрастом этой старой близлежащей звезды, Горвард Бонд говорит, что проблема с возрастом самых старых звёзд гораздо менее серьёзная, чем в 1990-х годах, когда звёздный возраст приближался к 18 миллиардам лет или, в одном случае, к 20 миллиардам лет. С учётом неопределенностей в определениях, возраст сейчас сходится.

Однако, с другой стороны, Мэтьюс считает, что проблема ещё не решена. Астрономы на международной конференции ведущих космологов в Институте теоретической физики имени Кавли в Санта-Барбаре, Калифорния, в июле 2019 года были озадачены исследованиями, которые предполагали разные возрасты Вселенной. Они рассматривали измерения галактик, расположенных относительно недалеко, которые говорят о том, что Вселенная моложе на сотни миллионов лет по сравнению с возрастом, определяемым космическим микроволновым фоном.

Если возраст Вселенной не составляет 13,8 миллиарда лет, как предполагалось в 2013 году в результате детальных измерений космического излучения Европейскийм космическим телескопом «Планк», то её возраст может достигать 11,4 миллиарда лет.

Если это действительно так, то Мафусаил снова старше Вселенной. Сюжет, действительно, сгущается, но насколько точными окажутся эти переоценки?

Одним из тех, кто стоит за исследованиями по датировке Вселенной, является нобелевский лауреат Адам Рисс из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд.

Выводы основаны на идее расширяющейся Вселенной, как это показал в 1929 году Эдвин Хаббл. На это основывают свою теорию, так называемого, Большого Взрыва современные учёные, и утверждают, что когда-то существовало состояние горячей плотности, которое якобы когда-то взорвалось, растягивая пространство. Это указывает на начальную точку, которая должна быть измерима, но новые результаты показывают, что скорость расширения примерно на 10% выше, чем та, которую предполагал «Планк».

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 измерениями скорости расширения Вселенной сегодня и предсказаниями скорости расширения, основанными на физике ранней Вселенной, сказал Рисс. Это приводит к переоценке принятых теорий, а также показывает, что еще многое предстоит узнать о темной материи и темной энергии, которые, как считается, стоят за этой загадкой.

Более высокое значение постоянной Хаббла указывает на меньший возраст Вселенной. Постоянная 67,74 км в секунду на мегапарсек приведёт к возрасту 13,8 млрд лет, в то время как постоянная 73 или даже 77, как показывают некоторые исследования, указывает на возраст Вселенной не более 12,7 млрд лет.

Это несоответствие говорит о том, что HD 140283 может быть старше Вселенной. Кроме того, в 2019 году в журнале Science было опубликовано исследование, согласно которому постоянная Хаббла составляет 82,4, что говорит о том, что возраст Вселенной составляет всего 11,4 миллиарда лет. Астрономы надеются, что космический телескоп Джеймса Уэбба сможет пролить свет на эту конкретную загадку.

Роберт Мэтьюс считает, что ответы лежат в более глубокой космологической проработке.

Я подозреваю, что скорее наблюдательные космологи упустили что-то, что создает этот парадокс, чем звездные астрофизики и измерения звёзд, возможно, более точные. Это не потому, что космологи в каком-то смысле небрежнее, а потому, что определение возраста Вселенной подвержено большему количеству и, возможно, более хитрым наблюдательным и теоретическим неопределенностям, чем определение возраста звёзд.
физик Роберт Мэтьюс из Астонского университета в Бирмингеме, Великобритания, который не принимал участия в исследовании.

Почему Вселенная кажется моложе Мусуаила?

Но что может заставить Вселенную потенциально казаться моложе этой конкретной звезды?

Есть два варианта, и история науки говорит о том, что в таких случаях реальность представляет собой смесь обоих вариантов. В данном случае это источники ошибок наблюдений, которые ещё не до конца поняты, плюс некоторые пробелы в теории динамики Вселенной, такие как сила тёмной энергии, которая является главным двигателем космического расширения уже многие миллиарды лет.
сказал физик Роберт Мэтьюс

Роберт предполагает возможность того, что нынешний «возрастной парадокс» отражает изменение времени в тёмной энергии и, таким образом, изменение скорости ускорения— возможность, которую теоретики сочли совместимой с идеями о фундаментальной природе гравитации, такими как, так называемая, теория причинных множеств. Новые исследования гравитационных волн могут помочь разрешить этот парадокс, сказал Роберт Мэтьюс.

Для этого учёные будут смотреть на пульсации в ткани пространства и времени, создаваемые парами мёртвых звёзд, а не полагаться на космический микроволновый фон или наблюдение за близлежащими объектами, такими как переменные Цефеиды и сверхновые, для измерения постоянной Хаббла — в первом случае скорость равна 67 км в секунду на мегапарсек, а во втором — 73.

Проблема в том, что измерение гравитационных волн — непростая задача, поскольку они были впервые непосредственно обнаружены только в 2015 году. Но, по мнению Стивена Фини, астрофизика из Flatiron Institute в Нью-Йорке, прорыв может быть совершён в течение следующего десятилетия.

Идея заключается в том, чтобы собрать данные о столкновениях между парами нейтронных звезд, используя испускаемый ими видимый свет, чтобы выяснить скорость их движения относительно Земли. Это также предполагает анализ результирующих гравитационных волн для определения расстояния — оба этих метода в совокупности могут дать наиболее точное измерение постоянной Хаббла.

Загадка возраста HD 140283 ведёт к чему-то большему и более сложному с научной точки зрения, меняя понимание того, как устроена Вселенная.

Наиболее вероятными объяснениями парадокса являются какой-то упущенный эффект наблюдений и/или что-то большое, что отсутствует в нашем понимании динамики космического расширения. Что именно это «что-то», астрономы ещё долго будут ломать голову, сказал физик Роберт Мэтьюс

P.S.

На скрипучей телеге, сугубо-материалистического мировоззрения в настоящей науке далеко не уедешь. Всё равно, рано или поздно, настоящий учёный доберётся до таких научных горизонтов, где станут непригодными имеющиеся опоры, на которых держится вся цепочка человеческих умозаключений. Сегодня люди зачастую пытаются объяснить невидимое на примерах видимого. Вот и получается «горе от ума», во многих случаях происходит несостыковка теорий и случайно обнаруженных фактов. У тех же учёных до сих пор нет чёткого представления о том, например, чем на самом деле является электрический ток, что такое гравитация или чёрная дыра. И, тем не менее, они оперируют этими понятиями. Но для того чтобы глобально понять и вникнуть в природу этих явлений, необходимо иметь фундаментально иное миропонимание, качественно отличное от материального мировоззрения.

Друзья, а что вы думаете по поводу этого?