Loading...

Ad astra: звезда старше Вселенной
ESA/Hubble

Старейшая из обнаруженных звезд — Мафусаил в созвездии Весов, официально зовущаяся HD 140283. Имя Мафусаил ей придумала пресса — это, согласно Библии, дед Ноя, проживший 969 лет. Погиб он перед самым Потопом и остался старейшим человеком, чей возраст указан в Библии. Различные методы оценки ее возраста приводили к тому, что эта звезда старше самой Вселенной. Как объяснить такое противоречие? Перевернуло ли это открытие наши представления о картине мира, или дело в неточности наших методов? И какая судьба у самой звезды — читайте в новом выпуске рубрики «Ad astra».
Зарождение парадокса

Звезда Мафусаила была известна ученым с начала прошлого века. Уже в 1950-х из-за ее низкой металличности было ясно, что она очень стара. Дело в том, что ранняя Вселенная состояла из водорода и гелия. Эти же элементы были основными в составе первых звезд. Более тяжелые элементы, в том числе и металлы, зарождались в ходе термоядерного синтеза в звездах. Нет звезд — нет металлов. При их взрывах на поздних этапах эволюции (вспышках сверхновых) эти элементы высвобождались, становясь частью более молодых звезд нового поколения. Они уже содержали металлы, но в очень небольшом количестве. Как, например, и Мафусаилова звезда. Старейшей звездой во Вселенной она точно не является, ведь металличность ее не нулевая. Но никого старше астрономы на сегодняшний день еще не обнаружили.

В 2000 году астрономы определили расстояние до Мафусаиловой звезды методом годичного параллакса, используя данные космического аппарата Hipparcos. Координаты звезды на небосводе определяют с двух точек на орбите Земли с разницей в полгода, а затем оценивают расстояние до них, используя тригонометрию (см. рисунок). Зная видимую яркость и удаленность звезды, мы можем рассчитать ее светимость, а затем и возраст. Вычисления ученых в 2000 году дали результат в 16 миллиардов лет. При этом возраст Вселенной оценивается в 13,8 миллиарда лет. 


Как мы определили возраст Вселенной?

Очевидно, что разрешение противоречия связано с ошибкой определения возраста либо звезды, либо Вселенной. Откуда нам вообще известно, сколько прожила Вселенная? И где находится точка отсчета? 

Начнем с того, что практически каждый хоть раз слышал о том, что Вселенная расширяется. Этот факт ученые выяснили еще 100 лет назад. Все началось, когда в 1912 году Весто Слайфер обнаружил, что свет от далеких галактик имеет красное смещение. Свет — это такая же волна, как звуковая. Световые волны могут иметь различные характеристики, например длину. От этих свойств зависит и цвет видимого света. При движении волны претерпевают изменения, растягиваясь или сжимаясь. И если объект удаляется от нас — световые волны, которые он излучает, растягиваются и приобретают красный цвет. Именно это открытие показало, что галактики удаляются от нас. Отсюда пошла теория расширения Вселенной. В последующие десять лет ей находили все новые и новые экспериментальные подтверждения.

Итак, расширение Вселенной — это факт. Но как же он связан с ее возрастом?

Сегодня мы знаем скорость расширения Вселенной. А также мы можем вычислить удаленность двух объектов в космосе друг от друга. Если повернуть время вспять — мы сможем выяснить, как давно два этих объекта находились в одной точке. То есть мы узнаем, когда начала расширяться Вселенная после Большого взрыва.

Но проблема в том, что мы должны учитывать еще и ускорение расширения, состав Вселенной и другие параметры. Итоговая оценка возраста Вселенной сильно зависит от наших представлений о ее составе и законах расширения. А они постоянно меняются с запуском новых космических аппаратов и более совершенных наблюдений. Наиболее точная оценка — 13,8 миллиарда лет, но все же она не окончательна, а потому Мафусаил действительно мог перевернуть всю теорию космологии. И все-таки этого не случилось. 

Омоложение звезды

С помощью все того же метода годичного параллакса ученые вновь оценили возраст звезды в 2013 году, на этот раз — с данными телескопа Hubble. Даже учтя современные представления об эволюции и спектральных характеристиках звезд, они вновь пришли к выводу, что Мафусаил старше самой Вселенной. Но звезда все же немного помолодела — до 14,46 миллиарда лет с неопределенностью в 800 миллионов лет. Уже больше похоже на правду: 14,5 – 0,8 = 13,7. Эта оценка вполне укладывалась в современные представления космологии.

Новые космические аппараты — интерферометры VEGA и CHARA и обсерватория Planck — позволили получить новые данные о звезде и создать более точные модели ее эволюции, учитывая массу, светимость и содержание элементов. В результате сегодняшние оценки возраста Мафусаиловой звезды уже не превосходят возраста Вселенной и варьируются от 12 до 13,7 миллиарда лет.

Почему ошибки неизбежны и что ждет Мафусаила?

Хотя HD 140283 не оказалась старше Вселенной, она все же остается самой старой звездой из известных нам. Очевидно, что она не является первой родившейся звездой. Но остается шанс, что она была хотя бы «знакома» с ними. Галактика Млечный Путь простирается на 120 000 световых лет. Каковы шансы, что самая старая звезда находится на расстоянии всего лишь 200 световых лет от нас? Нет почти никаких сомнений, что ее рекорд будет побит каким-то еще не описанным объектом. Этой звезде надо отдать должное — она позволила нам потренироваться в определении возраста и понять, в чем мы по-прежнему ограничены.

HD 140283 сейчас находится на стадии субгиганта — в ее ядре заканчивается водород. Уже сейчас ее диаметр в два раза больше, чем у Солнца. После того как она станет красным гигантом, звезда начнет терять внешние слои, а затем превратится в белого карлика с гораздо меньшей массой. Затем Мафусаилова звезда остынет, перестанет излучать видимый свет и станет черным карликом. До этого, впрочем, еще очень далеко — весь этот процесс займет времени больше, чем просуществовала звезда до сегодняшнего дня.

Существующие сегодня методы изучения космических объектов зависят от того, что нам уже известно, то есть они моделезависимы. А любая модель — это упрощение реальности. В результате множество различных допущений приводят к появлению значительных ошибок. При этом даже неопределенность мы оцениваем лишь на основании того, что нам известно, а потом она может стать гораздо больше с появлением новых фактов. Все, что остается, — осторожно расширять наши модели, постепенно уточняя то, чем мы вынуждены пренебрегать.


Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Facebook и Twitter.