100 yıldan uzun bir süredir gökbilimciler, Terazi takımyıldızında Dünya'dan 190 ışık yılı uzakta bulunan meraklı bir yıldız gözlemliyorlar. Gökyüzünde hızla saatte 800 milyon mil (saatte 1,3 milyon kilometre) yol alır. Ama bundan daha ilginç olanı, HD 140283 - veya yaygın olarak bilindiği gibi Methuselah - aynı zamanda evrenin bilinen en eski yıldızlarından biridir.
2000 yılında bilim adamları, Avrupa Uzay Ajansı'nın (ESA) Hipparcos uydusu üzerinden 16 milyar yaşında olduğu tahminlerini kullanarak yıldızı tarihlendirmeye çalıştılar. Böyle bir rakam oldukça akıl almaz ve aynı zamanda oldukça şaşırtıcıydı. Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'nden gökbilimci Howard Bond'un işaret ettiği gibi, kozmik mikrodalga arka planının gözlemlerinden belirlenen evrenin yaşı 13.8 milyar yaşındadır. "Bu ciddi bir tutarsızlıktı," dedi.
Yüz değeri göz önüne alındığında, yıldızın öngörülen yaşı büyük bir sorun yarattı. Bir yıldız evrenden nasıl daha yaşlı olabilir? Ya da tam tersine, evren nasıl daha genç olabilir? 969 yaşında öldüğü söylenen İncil'deki bir patriğe referans olarak adlandırılan Methuselah'ın, Mukaddes Kitaptaki tüm figürlerin en uzun ömürlü olmasını sağlayan - eski olduğu açıktı, çünkü metal zavallı sübvansiyon ağırlıklı olarak hidrojenden yapılmıştır. ve helyum içerir ve çok az demir içerir. Kompozisyon, demirin sıradan hale gelmeden önce yıldızın ortaya çıkmış olması gerektiği anlamına geliyordu.
Ama çevresinden iki milyar yıldan daha yaşlı mı? Elbette bu mümkün değil.
Methuselah'ın yaşına daha yakından bakmak
Bond ve meslektaşları kendilerini 16 milyarın ilk rakamının doğru olup olmadığını bulma görevine adadılar. 2003-2011 yılları arasında Hubble Uzay Teleskobu'nun İnce Kılavuz Sensörleri tarafından kaydedilen ve yıldızların konumlarını, mesafelerini ve enerji çıktılarını not eden 11 gözlem grubunu izlediler. Paralaks, spektroskopi ve fotometri ölçümleri elde edilirken, daha iyi bir yaş hissi belirlenebilir.
Bond, All About Space hakkında şunları söyledi: “HD 140283 yaşındaki belirsizliklerden biri yıldızın kesin mesafesiydi. "Bunu doğru yapmak önemliydi, çünkü parlaklığını daha iyi belirleyebiliriz ve bundan yaşı - iç parlaklık daha parlak, yıldız daha genç. Paralaks etkisini arıyorduk, yani altı ay boyunca yıldızı izliyorduk ayrı, bize mesafeyi söyleyen Dünya'nın yörüngesel hareketi nedeniyle pozisyonundaki değişimi aramak için. "
Ayrıca, yıldızların teorik modellemesinde, çekirdekteki nükleer reaksiyonların kesin oranları ve dış katmanlarda aşağıya doğru yayılan elementlerin önemi gibi belirsizlikler de vardı. Artık helyumun çekirdeğe daha derin yayıldığı ve nükleer füzyon yoluyla daha az hidrojen bıraktığı fikri üzerinde çalıştılar. Daha hızlı yakıt kullanıldığında yaş azalır.
Bond, "Önemli olan başka bir faktör, her şeyden, yıldızdaki oksijen miktarıydı." Dedi. HD 140283'ün tahmin edilenden daha yüksek oksijen / demir oranı vardı ve oksijen evrende birkaç milyon yıl boyunca bol olmadığından, yıldız için daha düşük bir yaşa işaret etti.
Bond ve işbirlikçileri, HD 140283'ün yaşının 14.46 milyar yıl olduğunu tahmin ediyordu. Bununla birlikte, bu hala evrenin yaşından daha fazlaydı, ancak bilim adamları 800 milyon yıllık artık bir belirsizlik ortaya koydu, Bond'un tamamen mükemmel olmasa bile yıldızın yaşını evrenin yaşıyla uyumlu hale getirdiğini söyledi. .
İngiltere, Birmingham'daki Aston Üniversitesi'nden fizikçi Robert Matthews, çalışmaya dahil olmayan "Ölçülen tüm tahminler gibi, hem rastgele hem de sistematik bir hataya maruz kalıyor." Dedi. Matthews, "Hata çubuklarındaki çakışma, kozmolojik yaş belirlemeleriyle bir çatışma olasılığının bir göstergesi." Dedi. "Başka bir deyişle, yıldızın en iyi desteklenen yaşı, evrenin türetilmiş yaşıyla çelişkilidir ve çatışma ancak hata çubuklarını aşırı sınırlarına iterek çözülebilir."
Daha fazla ayrıntı, HD 140283 yaşının biraz daha düştüğünü gördü. 2014 yılı takip çalışması yıldızın yaşını 14,27 milyar yıl olarak güncelledi. "Elde edilen sonuç, yaşın yaklaşık 14 milyar yıl olduğu ve yine, eğer hem gözlemsel ölçümlerde hem de teorik modellemede tüm belirsizlik kaynaklarını içeriyorsa, hata yaklaşık 700 veya 800 milyon yıldır, bu yüzden çatışma yoktur çünkü 13,8 milyar yıl yıldızın hata çubuğunda yatıyor "dedi.
Evrenin yaşına daha yakından bakmak
Bond için, evrenin yaşı ile her ikisi de farklı analiz yöntemleri ile belirlenmiş olan bu eski yakın yıldızın yaşı arasındaki benzerlikler, "evrenin Big Bang resmi için çok güçlü kanıtlar sağlayan inanılmaz bir bilimsel başarıdır. ". En yaşlı yıldızların yaşı ile ilgili sorunun, yıldızların 18 milyar yıla veya bir durumda 20 milyar yıla yaklaştığı 1990'lardan çok daha az şiddetli olduğunu söyledi. Bond, "Kararların belirsizliği ile çağlar artık hemfikir." Dedi.
Yine de Matthews sorunun henüz çözülmediğine inanıyor. Gökbilimciler, Temmuz 2019'da Santa Barbara, Kaliforniya'daki Kavli Teorik Fizik Enstitüsü'nde üst düzey kozmologların uluslararası bir konferansında, evren için farklı yaşlar öneren çalışmalara kafa karıştırıyordu. Kozmik mikrodalga arka planının belirlediği yaşa kıyasla, evrenin yüz milyonlarca yıl daha genç olduğunu düşündüren nispeten yakın gökada ölçümlerine bakıyordu.
Aslında, Avrupa Planck uzay teleskopunun 2013'teki kozmik radyasyonun ayrıntılı ölçümleriyle tahmin edildiği gibi 13,8 milyar yaşında olmaktan çok, evren 11,4 milyar yıl kadar genç olabilir. Çalışmaların arkasından biri, Baltimore, Maryland'deki Uzay Teleskop Bilim Enstitüsü'nden Nobel ödüllü Adam Riess.
Sonuçlar, 1929'da Edwin Hubble tarafından gösterildiği gibi, genişleyen bir evren fikrine dayanmaktadır. Bu, Büyük Patlama için temeldir - bir zamanlar patlayan ve uzayı uzatan bir sıcak yoğunluk durumu olduğu anlayışı. Ölçülebilir olması gereken bir başlangıç noktasını gösterir, ancak yeni bulgular genişleme oranının aslında Planck tarafından önerilenden% 10 daha yüksek olduğunu göstermektedir.
Gerçekten de, Planck ekibi, genişleme oranının megaparkans başına saniyede 67,4 km olduğunu belirledi, ancak evrenin genişleme oranının alınan son ölçümleri 73 veya 74 değerlerine işaret ediyor. Bu, ne kadar hızlı olduğunun ölçümü arasında bir fark olduğu anlamına geliyor. Riess, evrenin bugün genişlediğini ve erken evrenin fiziğine bağlı olarak ne kadar hızlı genişleyeceğine dair tahminlerin olduğunu söyledi. Bu muamelenin arkasında olduğu düşünülen karanlık madde ve karanlık enerji hakkında öğrenilecek çok şey olduğunu gösterirken, kabul edilen teorilerin yeniden değerlendirilmesine yol açıyor.
Hubble Sabiti için daha yüksek bir değer, evren için daha kısa bir yaşı gösterir. Megaparsek başına saniyede 67,74 km'lik bir sabit 13,8 milyar yaşına yol açarken, 73'ten biri veya bazı çalışmaların gösterdiği gibi 77 kadar yüksek bir evren yaşını 12,7 milyar yıldan daha fazla göstermeyecektir. HD 140283'ün evrenden daha eski olduğunu bir kez daha düşündüren bir uyumsuzluk. O zamandan beri, Bilim dergisinde yayınlanan ve 82.4 Hubble Sabiti öneren ve evrenin yaşının sadece 11.4 milyar yıl olduğunu düşündüren 2019 tarihli bir araştırmanın yerini aldı.
Matthews cevapların daha büyük kozmolojik arıtımda olduğuna inanıyor. "Gözlemsel kozmologların yıldız astrofizikçilerden ziyade bu paradoksu yaratan bir şeyi kaçırdıklarından şüpheleniyorum," dedi yıldızların ölçümlerinin belki de daha doğru olduğuna işaret ediyor. "Bunun nedeni kozmologların herhangi bir şekilde daha özlü olmaları değil, evrenin yaş tayini yıldızlarınkinden daha fazla ve tartışmalı olarak daha karmaşık gözlemsel ve teorik belirsizliklere tabi olmasıdır.
Peki, bilim adamları bunu nasıl çözecek?
Evreni potansiyel olarak bu yıldızdan daha genç gösteren ne olabilir?
"İki seçenek var ve bilim tarihi, bu gibi durumlarda gerçekliğin her ikisinin bir karışımı olduğunu ileri sürüyor," dedi Matthews. "Bu durumda, tam olarak anlaşılmamış gözlemsel hata kaynakları ve ayrıca kozmik genişlemenin ana itici gücü olan karanlık enerjinin gücü gibi evrenin dinamiği teorisindeki bazı boşluklar olacaktır. milyarlarca yıldır. "
Mevcut "yaş paradoksunun" karanlık enerjideki zaman değişimini ve dolayısıyla hızlanma oranındaki bir değişikliği yansıtması olasılığını ileri sürüyor - teorisyenlerin yerçekiminin sözde olduğu gibi yerçekiminin temel doğası hakkındaki fikirlerle uyumlu olabileceğini öne sürüyor nedensel küme teorisi. Yerçekimi dalgalarıyla ilgili yeni araştırmalar paradoksun çözümüne yardımcı olabilir, dedi Matthews.
Bunu yapmak için, bilim adamları kozmik mikrodalga arka planına veya Hubhe Sabitini ölçmek için Cepheid değişkenleri ve süpernova gibi yakındaki nesnelerin izlenmesine değil, ölü yıldız çiftlerinin yarattığı uzay ve zamanın dokusundaki dalgalara bakacaklardı - birincisi, megaparkans başına saniyede 67 km ve ikincisi 73'te.
Sorun şu ki, yerçekimi dalgalarını ölçmek kolay bir iş değil, çünkü 2015'te ilk kez doğrudan tespit edildi. Ancak New York'taki Flatiron Enstitüsü'nde bir astrofizikçi olan Stephen Feeney'e göre, önümüzdeki on yıl. Fikir, bu olayların Dünya'ya göre hareket ettikleri hızı anlamak için yaydığı görünür ışığı kullanarak nötron yıldızı çiftleri arasındaki çarpışmalardan veri toplamaktır. Ayrıca, ortaya çıkan yerçekimi dalgalarının bir mesafe fikri için analiz edilmesini gerektirir - her ikisi de Hubble Sabiti'nin henüz en doğru olması gereken bir ölçüm vermek için birleşebilir.
HD 140283 çağının gizemi, evrenin nasıl çalıştığını anlamayı değiştirerek daha büyük ve bilimsel olarak karmaşık bir şeye yol açıyor.
Matthews, "Paradoks için en olası açıklamalar göz ardı edilen bazı gözlemsel etkiler ve / veya kozmik genişlemenin dinamikleri hakkındaki anlayışımızdan eksik olan büyük bir şeydir." Dedi. Tam olarak bu "bir şey" in ne olduğunu, gökbilimcileri bir süre meydan okuyacağından emin olabilirsiniz.
Ek kaynaklar:
