במשך יותר ממאה שנה צופים האסטרונומים בכוכב סקרן שנמצא במרחק של 190 שנות אור מכדור הארץ במזל הכוכבים. הוא נוסע במהירות בשמיים במהירות של 800,000 קמ"ש (1.3 מיליון קמ"ש). אך מעניין יותר מכך, HD 140283 - או מתושלח כפי שהוא מכונה בדרך כלל - הוא גם אחד הכוכבים הוותיקים ביותר של היקום.
בשנת 2000, מדענים ביקשו לתארך את הכוכב באמצעות תצפיות דרך לוויין היפרקוס של סוכנות החלל האירופית (ESA), אשר העריך גיל של 16 מיליארד שנה. דמות כזו הייתה מפוצצת בראש וגם די מבלבלת. כפי שציין האסטרונום האוורד בונד מאוניברסיטת מדינת פנסילבניה, גיל היקום - שנקבע מתצפיות על הרקע הקוסמי של המיקרוגל - הוא 13.8 מיליארד שנה. "זו הייתה אי התאמה קשה", אמר.
אם נקבע בערך הנקוב, גילו החזוי של הכוכב העלה בעיה משמעותית. כיצד יכול כוכב להיות מבוגר מהיקום? או להפך, איך יכול היקום להיות צעיר יותר? בהחלט היה ברור כי מתושלח - שנקרא בהתייחסות לפטריארך תנכי שנאמר שנפטר בגיל 969, מה שהפך אותו לחי הארוך ביותר מבין כל הדמויות בתנ"ך - היה זקן, מכיוון שהשליח המסכן המתכתי עשוי בעיקר ממימן והליום ומכיל מעט מאוד ברזל. פירושו של קומפוזיציה פירושו של הכוכב בטח נוצר לפני שהברזל הפך לדבר שבשגרה.
אבל מבוגרים יותר משני מיליארד שנה מסביבתו? זה בטח לא אפשרי.
עיון מקרוב בגיל מתושלח
בונד ועמיתיו העמידו את עצמם למשימה להבין האם הנתון ההתחלתי הזה של 16 מיליארד היה מדויק. הם הציעו מעל 11 מערכות תצפיות שנרשמו בין 2003 ל -2011 על ידי חיישני ההדרכה העדינה של טלסקופ החלל האבל, שרושמים את עמדותיהם, המרחקים ותפוקת האנרגיה של הכוכבים. ברכישת מדידות של פראלקס, ספקטרוסקופיה ופוטומטריה, ניתן היה לקבוע תחושת גיל טובה יותר.
"אחד הוודאות עם גיל HD 140283 היה המרחק המדויק של הכוכב," אמר בונד ל- All About Space. "היה חשוב לנקוט בזה כיוון שאנו יכולים לקבוע טוב יותר את הזוהר שלו, ומאותו גילו - ככל שהבהירות בהירה יותר מהירה יותר, הכוכב צעיר יותר. חיפשנו את אפקט הפרלקס, מה שאומר שאנחנו צופים בכוכב חצי שנה חוץ לחפש את השינוי במיקומו עקב תנועת הכדור הארץ, שמגלה לנו את המרחק. "
היו גם אי וודאות במודל התיאורטי של הכוכבים, כמו השיעורים המדויקים של התגובות הגרעיניות בליבה וחשיבות האלמנטים המתפשטים כלפי מטה בשכבות החיצוניות, אמר. הם עבדו על הרעיון שהשארית הליום מתפזרת עמוק יותר בתוך הליבה, ומותירה פחות מימן לשרוף באמצעות היתוך גרעיני. כאשר משתמשים בדלק במהירות רבה יותר מורידים את הגיל.
"גורם נוסף שהיה חשוב היה, מכל הדברים, כמות החמצן בכוכב", אמר בונד. ל- HD 140283 היה יחס חמצן לברזל גבוה יותר מהצפוי, ומכיוון שחמצן לא היה בשפע ביקום במשך כמה מיליוני שנים, הוא הצביע שוב על גיל נמוך יותר של הכוכב.
בונד ומשתפי הפעולה שלו העריכו כי גיל 140283 של HD היה 14.46 מיליארד שנים - ירידה משמעותית לעומת 16 מיליארד שנטען בעבר. עם זאת, זה היה עדיין יותר מגיל היקום עצמו, אבל המדענים הציבו אי-וודאות שארית של 800 מיליון שנה, שלדברי בונד הפכו את גיל הכוכב לתואם את גיל היקום, למרות שהוא לא היה מושלם לחלוטין .
"כמו כל ההערכות המדודות, הוא נתון לטעות אקראית ושיטתית כאחד", אמר הפיזיקאי רוברט מתיוס מאוניברסיטת אסטון בבירמינגהם, בריטניה, שלא היה מעורב במחקר. "החפיפה בסרגלי השגיאה נותנת אינדיקציה מסוימת לסבירות להתנגשות עם קביעות גיל קוסמולוגיות", אמר מת'יוס. "במילים אחרות, הגיל של הכוכב הנתמך בצורה הטובה ביותר הוא בסכסוך עם התקופה הנגזרת של היקום. ניתן לפתור את הסכסוך רק על ידי דחיפת סרגלי השגיאה לגבולותיהם הקיצוניים."
חידודים נוספים גרמו לגיל HD 140283 ליפול קצת יותר. מחקר מעקב משנת 2014 עדכן את גיל הכוכב ל 14.27 מיליארד שנים. "המסקנה שהושגה הייתה שהגיל הוא בערך 14 מיליארד שנים, ושוב, אם אחד מהם כולל את כל מקורות חוסר הוודאות - הן במדידות התצפית והן במודל התיאורטי - השגיאה היא בערך 700 או 800 מיליון שנה, כך שאין שום סכסוך מכיוון ש -13.8 מיליארד שנים נמצאים בסרגל השגיאות של הכוכב, "אמר בונד.
עיון מקרוב בעידן היקום
מבחינת בונד, הדמיון בין עידן היקום לזה של כוכב ישן סמוך זה - ששניהם נקבעו על ידי שיטות ניתוח שונות - הוא "הישג מדעי מדהים שמספק עדות חזקה מאוד לתמונת היקום של המפץ הגדול של היקום ". לדבריו, הבעיה עם גיל הכוכבים הוותיקים הרבה פחות חמורה ממה שהייתה בשנות התשעים, כשגילאי הכוכבים התקרבו ל 18 מיליארד שנה, או במקרה אחד 20 מיליארד שנה. "עם אי הוודאות שקובעות, הקבוצות מסכימות כעת," אמר בונד.
עם זאת, מת'יו מאמין שהבעיה טרם נפתרה. אסטרונומים בכנס בינלאומי של קוסמולוגים מהשורה הראשונה במכון Kavli לפיזיקה תיאורטית בסנטה ברברה, קליפורניה, ביולי 2019, תמוה על מחקרים שהציעו גילאים שונים ליקום. הם בדקו מדידות של גלקסיות שנמצאות בקרבת מקום יחסית, מה שמרמז שהיקום צעיר במאות מיליוני שנים בהשוואה לגיל שנקבע על ידי הרקע הקוסמי של המיקרוגל.
למעשה, רחוק מלהיות בן 13.8 מיליארד שנה, כפי שהוערך על ידי המדידות המפורטות של טלסקופ החלל האירופי של הפלנק בקרינה קוסמית בשנת 2013, יתכן שהיקום צעיר כמו 11.4 מיליארד שנים. אחד העומדים מאחורי המחקרים הוא חתן פרס נובל אדם ריס מהמכון למדעי טלסקופ החלל בבולטימור, מרילנד.
המסקנות מבוססות על רעיון היקום המתרחב, כפי שהוצג בשנת 1929 על ידי אדווין האבל. זה בסיסי למפץ הגדול - ההבנה שפעם הייתה מצב של צפיפות לוהט שהתפוצצה החוצה, מותחת מרחב. זה מצביע על נקודת פתיחה שצריכה להיות מדידה, אך ממצאים טריים מצביעים על כך שקצב ההתרחבות הוא למעשה בסביבות 10% מזו שהציעה פלאנק.
אכן, צוות פלאנק קבע כי קצב ההתרחבות היה 67.4 ק"מ לשנייה לכל מגה-פארק, אולם מדידות אחרונות שנערכו על קצב ההתפשטות של היקום מצביעות על ערכים של 73 או 74. פירוש הדבר שיש הבדל בין המדידה של כמה מהר היקום מתרחב היום והתחזיות כמה מהר הוא צריך להתרחב מבוסס על הפיזיקה של היקום המוקדם, אמר רייס. זה מוביל להערכה מחודשת של התיאוריות המקובלות, תוך כדי הצגת עוד שיש עוד הרבה ללמוד על חומר אפל ואנרגיה אפלה, שנחשבים שהם עומדים מאחורי הון הזה.
ערך גבוה יותר עבור קבוע האבל מציין גיל קצר יותר ליקום. קבוע של 67.74 ק"מ לשנייה לכל מגה-פארק יוביל לגיל של 13.8 מיליארד שנים, ואילו אחד של 73, או אפילו גבוה ככל 77 כמו שמחקרים מסוימים הראו, היה מעיד על גיל יקום שאינו עולה על 12.7 מיליארד שנים. זה חוסר התאמה שמרמז, שוב, כי HD 140283 ישן יותר מהיקום. זה גם הוחלף על ידי מחקר משנת 2019 שפורסם בכתב העת Science שהציע קבוע של האבל של 82.4 - מה שמצביע על כך שגילו של היקום הוא 11.4 מיליארד שנה בלבד.
מת'יו מאמין שהתשובות טמונות בעידון קוסמולוגי גדול יותר. "אני חושד שהקוסמולוגים התצפיתיים החמיצו משהו שיוצר את הפרדוקס הזה, ולא את האסטרופיזיקאים הכוכבים", אמר והצביע על כך שמדידות הכוכבים אולי מדויקות יותר. "זה לא מכיוון שהקוסמולוגים הם מרשימים בשום דרך, אלא מכיוון שקביעת הגיל של היקום כפופה לחוסר וודאות תצפיתית יותר ותיאורטית יותר מאשר זו של הכוכבים."
אז איך המדענים יבינו זאת?
מה יכול לגרום ליקום להראות צעיר יותר מכוכב מסוים זה?
"יש שתי אפשרויות, וההיסטוריה של המדע עולה שבמקרים כאלה המציאות היא תערובת של שתיהן", אמר מת'יוס. "במקרה זה, זה יהיה מקורות לטעות תצפיתית שלא הובנו במלואה, ועוד כמה פערים בתיאוריה של הדינמיקה של היקום, כמו חוזק האנרגיה האפלה, שהייתה המניע העיקרי להתפשטות הקוסמית. במשך מיליארדי שנים רבות. "
הוא מציע את האפשרות ש"פרדוקס הגילאים "הנוכחי משקף שינויי זמן באנרגיה אפלה, וכך שינוי בקצב ההאצה - אפשרות שתאורטיקנים מצאו עשויה להתאים לרעיונות הנוגעים לאופי היסודי של כוח הכבידה, כמו מה שנקרא תיאוריה של מערכת סיבתי. מחקר חדש בנושא גלי הכבידה יכול לעזור בפתרון הפרדוקס, אמר מת'יוס.
לשם כך, מדענים היו מסתכלים על האדוות במרקם החלל והזמן שנוצרו על ידי זוגות כוכבים מתים, במקום להסתמך על הרקע הקוסמי של המיקרוגל או על הניטור של חפצים סמוכים כמו משתני קפיד וסופרנובות למדידת קבוע האבל - הראשון גרם למהירות של 67 קמ"ש לשנייה למגה-פארס"ק והאחרון ב -73.
הבעיה היא שמדידת גלי כבידה אינה משימה קלה, מכיוון שהם התגלו רק באופן ישיר לראשונה בשנת 2015. אך לדברי סטיבן פייניי, אסטרופיזיקאי במכון פלטירון בניו יורק, הייתה אפשרות לבצע פריצת דרך במהלך הדרך בעשור הבא. הרעיון הוא לאסוף נתונים מהתנגשויות בין זוגות של כוכבי נויטרונים בעזרת האור הנראה שהאירועים האלה פולטים כדי להבין את המהירות שהם נעים יחסית לכדור הארץ. זה כרוך גם בניתוח גלי הכבידה שנוצרו לקבלת רעיון למרחק - שניהם יכולים לשלב כדי לתת מדידה של קבוע האבל שאמור להיות המדויק ביותר עד כה.
תעלומת עידן HD 140283 מובילה למשהו גדול ומורכב יותר מבחינה מדעית, ומשנה את ההבנה כיצד פועל היקום.
"ההסברים הסבירים ביותר לפרדוקס הם השפעה תצפיתית שהתעלמה ו / או משהו גדול שחסר מהבנתנו את הדינמיקה של ההתפשטות הקוסמית," אמר מת'יוס. מה בדיוק ה"משהו "הזה, בטוח שגורם לאתגר אסטרונומים לזמן מה.
משאבים נוספים:
