Як зірка Мафусаїл виявилася "старшою за Всесвіт" (3 фото)

На відстані близько 190 світлових років від Землі знаходиться зірка HD 140283, яка отримала неофіційне біблійне прізвисько Мафусаїл. Це ім'я було обрано невипадково: за ранніми оцінками астрономів, вік HD 140283 становив близько 14,5 мільярда років. Ось тільки проблема в тому, що вік самого Всесвіту оцінюється приблизно 13,8 мільярда років.





Астрономам ця зірка відома вже давно: вона була включена до каталогу Генрі Дрейпера ще першій половині XX століття. Але по-справжньому знаменитою HD 140283 стала лише тоді, коли вчені спробували визначити її вік.

Отже, як же зірка може бути старшою за світ, у якому існує?

Одразу попереджаю: це не містична історія та не фантазія про об'єкт з інших вимірів, як люблять вигадувати журналісти. Це приклад того, як наука помиляється, уточнює дані та поступово приходить до правильної відповіді.

Зірка-копалина

Мафусаїл належить до дуже стародавніх малометалічних зірок. В астрономії "металами" називають всі елементи важчі за водень і гелій. Так, заліза в HD 140283 приблизно в 250 разів менше, ніж у Сонці, а кисню приблизно в 50 разів.

Це притаманно дуже старих зірок, що сформувалися в ранню епоху історії Всесвіту, коли важких елементів було ще вкрай мало. Мафусаїл з'явився порівняно невеликий час після Великого вибуху, коли космічний простір був заповнений переважно воднем і гелієм.

Мафусаїл - порівняно невелика зірка: її маса становить близько 0,8 маси Сонця, а радіус - приблизно в 2,2 рази більше сонячного. Зараз вона знаходиться на стадії субгіганта — перехідного етапу між звичайною зіркою та червоним гігантом. За космічними мірками ця фаза триває недовго, тому подібні об'єкти особливо цінні астрономів: вони допомагають краще зрозуміти еволюційний шлях сонцеподібних зірок і передбачити майбутнє Сонячної системи.



Діаграма Герцшпрунга — Рассела для зірок на околицях Сонця з відзначеними класами світності, зокрема субгігантами

Ще одна цікава деталь: Мафусаїл рухається через околиці Сонця з дуже високою швидкістю близько 300 км/с. Такі швидкості характерні для древніх зірок гало Чумацького Шляху. По суті, це гість із найстаріших областей нашої Галактики, який випадково опинився поряд із Сонячною системою.

Мафусаїл - справжня зоряна копалина, свідок раннього Всесвіту.

Парадокс, який роздмухали до сенсації

Коли ранні виміри показали, що вік зірки становить приблизно 14,5 мільярда років, тут же посипалися гучні заголовки про "аномалію", "крах фізики", "паралельні світи", "скасування Великого вибуху" та інші нісенітниці.

Але вчені дивилися на ситуацію спокійніше. Вони розуміли, що проблема, швидше за все, не у влаштуванні Всесвіту, а в точності вимірювань та недосконалості існуючих зіркових моделей.

Уточнення даних

У 2013 році було опубліковано дослідження, що ґрунтується на спостереженнях космічного телескопа NASA/ESA "Хаббл". З його допомогою астрономи дуже точно виміряли паралакс HD 140283, а отже – і відстань до зірки. Знаючи відстань та видиму яскравість, вчені змогли вирахувати її справжню світність, а потім уточнити вік.

Результат виявився вражаючим: 14,46±0,8 мільярда років. Саме похибка тут відіграє ключову роль. Вона означала, що реальний вік Мафусаїла міг становити як 15,26, і 13,66 мільярда років. Іншими словами, навіть після первинного уточнення даних зірка зовсім не обов'язково виявлялася старшою за Всесвіт - все впиралося в межі точності вимірювань і моделей.

Після цього вчені зайнялися уточненням спостережних даних та покращенням теоретичних розрахунків. Вони розуміли, що з точного визначення віку важливо як знати світність, а й точніше визначити хімічний склад зірки, і навіть доопрацювати моделі зіркової еволюції. Достатньо змінити деякі параметри - і підсумкова оцінка помітно зрушить.



Зірка Мафусаїл на знімку космічного телескопа "Хаббл", 13 березня 2013 року

Через вісім років з'явилася нова модель еволюції HD 140283, створена з використанням досконаліших методів астрофізичного моделювання та даних про мільйони інших зірок. Вона враховувала цілий набір фізичних процесів усередині зірки – термоядерні реакції, перенесення енергії та зміни хімічного складу. Відповідно до цієї роботи, вік Мафусаїла становить 12,01 ± 0,05 мільярда років, тобто зірка вже впевнено вкладається в сучасну оцінку віку Всесвіту.

Сьогодні Мафусаїл, як і раніше, вважається однією з найдавніших відомих зірок, але вже не виглядає неможливим об'єктом, який ламає всю сучасну фізику. Тепер ми знаємо й інші вкрай древні зірки — наприклад, HE 1523-0901, 2MASS J18082002-5104378 B та SMSS J031300.36-670839.3, вік яких оцінюється приблизно в 13,2, 13,5 та 13,6 мільярда. Але саме історія Мафусаїла стала важливою віхою у відточуванні методів оцінки зоряного віку і наочно показала, як наука перетворює уявну аномалію на вирішуване завдання.

Закінчуючи цю історію, хочу сказати найважливіше: здається протиріччя в науці далеко не завжди означають крах теорії. Найчастіше вони говорять про те, що потрібні нові дані, точніші вимірювання та доопрацьовані моделі. Прямо зараз астрономія переживає схожий момент: космічний телескоп NASA "Джеймс Вебб" виявив у ранньому Всесвіті чимало галактик, які виглядають надто масивними, яскравими та зрілими для свого віку. Але це не означає, що Великого вибуху не було або вік Всесвіту розрахований невірно. Це показує, що наше розуміння формування та зростання перших галактик все ще далеке від досконалості.