На протяжении века астрономы наблюдают за любопытной звездой, расположенной примерно в 190 световых годах от Земли в созвездии Весов. Она быстро перемещается по небу со скоростью около 800 000 миль в час (приблизительно 1,3 миллиона километров в час). Но что еще интереснее, HD 140283, или звезда Мафусаила, как его обычно называют, так же является одной из старейших известных звезд Вселенной.
В 2000 году ученые попытались датировать эту звезду с помощью наблюдений со спутника Hipparcos Европейского космического агентства (ЕКА), возраст которого оценивается в 16 миллиардов лет. Такая цифра была довольно умопомрачительной и к тому же довольно непонятной. Как отметил астроном Говард Бонд из Пенсильванского государственного университета, возраст Вселенной, определенный из наблюдений космического микроволнового фона, составляет 13,8 миллиарда лет.
"Это было серьезное расхождение", — сказал он.
Взятый за чистую монету, предсказанный возраст звезды вызвал серьезную проблему. Как может звезда быть старше Вселенной? Или, наоборот, как Вселенная может быть моложе? Но более чем на два миллиарда лет старше его окружающей среды? Конечно, это просто невозможно.
Бонд и его коллеги поставили перед собой задачу выяснить, была ли эта первоначальная цифра в 16 миллиардов верна. Они изучили 11 наборов наблюдений, которые были записаны в период с 2003 по 2011 год точными датчиками наведения космического телескопа "Хаббл", фиксирующие положение, расстояния и выход энергии звезд. При проведении параллаксных, спектроскопических и фотометрических измерений можно было бы определить более четкое представление о возрасте.
"Одной из неопределенностей с возрастом HD 140283 было точное расстояние до звезды", — сказал Бонд всем о космосе, — это было важно сделать правильно, потому что мы можем лучше определить его светимость, и из этого его возраст — чем ярче внутренняя светимость, тем моложе звезда. Мы искали эффект параллакса, что означало, что мы рассматривали звезду с разницей в шесть месяцев, чтобы найти сдвиг в ее положении из-за орбитального движения Земли, которое говорит нам о расстоянии."
По его словам , существуют также неопределенности в теоретическом моделировании звезд, такие как точные скорости ядерных реакций в ядре и важность элементов, рассеивающихся вниз во внешних слоях. С топливом, используемым быстрее, возраст снижается.
Еще один фактор, который был очень важен, это количество кислорода в Звезде, по словам Бонда. HD 140283 имел более высокое, чем предсказывалось, отношение кислорода к железу, и поскольку кислород не был в изобилии во Вселенной в течение нескольких миллионов лет, что снова указывало на более низкий возраст звезды.
Бонд и его коллеги оценили возраст HD 140283 в 14,46 миллиарда лет — значительное сокращение по сравнению с 16 миллиардами, заявленными ранее. Однако это было все еще больше, чем возраст самой Вселенной, но ученые поставили остаточную неопределенность в 800 миллионов лет.
Дальнейшие уточнения увидели, что возраст HD 140283 упал немного больше. Последующее исследование 2014 года о трех древних орела-субгигантах обновило возраст звезды до 14,27 миллиарда лет.
"Был сделан вывод, что возраст составляет около 14 миллиардов лет, и, 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 нет никакого конфликта, потому что 13,8 миллиарда лет лежат в пределах полосы ошибок звезды", — сказал Бонд.
Для Бонда сходство между возрастом Вселенной и этой старой близлежащей звезды является "удивительным научным достижением, которое предоставляет очень сильные доказательства для картины Большого взрыва. По его словам, проблема с возрастом самых старых звезд гораздо менее серьезна, чем это было в 1990-х годах, когда звездные века приближались к 18 миллиардам лет или, в одном случае, 20 миллиардам лет.
"С неопределенностью определений, возраст теперь согласуется", — сказал он.
Но тут в дело всерьез вступают другие ребята. Так, Мэттьюс считает, что эта проблема еще не решена. Астрономы на международной конференции ведущих космологов в Институте теоретической физики Кавли в Санта-Барбаре, штат Калифорния, в июле 2019 года озадачились исследованиями, которые предполагали разные возрасты для Вселенной. На самом деле, по оценкам Европейского космического телескопа Планка, детальные измерения космического излучения которого были проведены в 2013 году, Вселенной далеко не 13,8 миллиарда лет, а 11,4 миллиарда лет.
Более высокое значение константы Хаббла указывает на более короткий возраст Вселенной. Постоянная 67,74 км в секунду на мегапарсек приведет к возрасту 13,8 миллиарда лет, тогда как один из 73 или даже 77, как показали некоторые исследования, будет указывать на возраст Вселенной не более 12,7 миллиарда лет. Это несоответствие, которое еще раз предполагает, что HD 140283 старше, чем Вселенная. Кроме того, с тех пор он был заменен исследованием 2019 года, опубликованным в журнале Science, которое предложило постоянную Хаббла 82,4 — предполагая, что возраст Вселенной составляет всего 11,4 миллиарда лет. Но Мэтьюс утверждает, что дело в неком парадоксе, который упустили ученые.
Так почему Вселенная, основа всех и всего, младше обычной звезды? Есть два варианта, и история науки предполагает, что в таких случаях реальность представляет собой смесь обоих. 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 главным двигателем космического расширения в течение многих миллиардов лет.
Он предполагает возможность того, что нынешний "возрастной парадокс" отражает изменение во времени темной энергии и изменение скорости ускорения — возможность, которую теоретики обнаружили, может быть совместима с идеями о фундаментальной природе гравитации, такими как так называемая теория причинных множеств. Новые исследования гравитационных волн могут помочь разрешить этот парадокс, сказал Мэтьюс.
Тайна века HD 140283 ведет к чему-то большему и более сложному, с научной точки зрения, изменяя понимание того, как работает Вселенная.
"Наиболее вероятными объяснениями этого парадокса являются некоторые упущенные наблюдательные эффекты и/или что-то большое, отсутствующее в нашем понимании динамики космического расширения", — сказал Мэтьюс.
