Как звезда может быть старше Вселенной?

Более ста лет астрономы наблюдают за HD 140283 — звездой из созвездия Весов, удалённой от нас на 190 световых лет. Небесное светило движется со скоростью 1,3 миллиона километров в час, но важнее то, что HD 140283 — или Мафусаил — является старейшей известной звездой во Вселенной.

В 2000 году, исследователи определили возраст HD 140283 при помощи «Гиппаркоса» — спутника Европейского космического агентства (ESA). Аппарат установил, что звезда появилась более чем 16 миллиардов лет назад. Этот показатель невероятен, поскольку возраст Вселенной, по словам Говарда Бонда, астронома пенсильванского Университета, составляет 13,8 миллиардов лет и получен на основании реликтового электромагнитного излучения. Если принять показатели «Гиппаркоса» за истинные, встаёт вопрос — как звезда может быть старше Вселенной?

Мафусаил, именем которого названа звезда, согласно Книге Бытия был одним из праотцов человечества и предком Ноя. Он является старейшим человеком, указанным в Библии — Мафусаил дожил до 969 лет, а своего сына зачал на 187 году жизни. Имя стало нарицательным для обозначения долгожителя — «мафусиалов век».

Одноимённая звезда состоит в основном из водорода и гелия, а также содержит ничтожное количество металлов. Её состав говорит нам о том, что появление космического тела должно было предшествовать распространению железа. Однако это исследование приводит к парадоксу — Мафусаил старше окружающей его среды более чем на 2 миллиарда лет! Разумеется, это попросту невозможно.

Говард Бонд с коллегами собрали более 11 рядов наблюдений с 2003 по 2011 годы для подтверждения первоначальных данных по возрасту звезды. Информация была получена с телескопа «Хаббл» и его датчиков системы точного наведения, записывающих положение, выделение энергии и расстояние до звёзд. При помощи данных параллакса, спектроскопии и фотометрии можно с большей точностью определить возраст тела.

«Одним из неточных факторов, касаемо возраста HD 140283, было расстояние до звезды. Определение удалённости от Мафусаила важно для изучения звёздной величины и определения возраста», — сказал Бонд.

Видимая звёздная величина — это мера яркости небесного тела (звезды, галактики или даже планеты) с точки зрения земного наблюдателя. Абсолютная звёздная величина в свою очередь характеризует светимость астрономического тела — этот показатель имеет разные определения для разных типов изучаемых объектов. Например, для звёзд она определяется как видимая звёздная величина объекта, если бы он был расположен на расстоянии 10 парсек от наблюдателя.

Другими важными элементами изучения Мафусаила, по словам Бонда, были эффект параллакса и анализ количества кислорода в звезде. Спустя полгода его команда «омолодила» светило до 14,46 миллиарда лет, что всё ещё больше возраста Вселенной.

«Как и определение любой другой величины, анализ возраста подвержен и случайным, и систематическим ошибкам», — говорит Роберт Мэтьюз, физик бирмингемского Университета Анстон.

Исследование 2014 года вновь уменьшило возраст звезды, на сей раз до 14,27 млрд лет. По словам Говарда Бонда, если учитывать все неопределённости, погрешность составит около 700 или 800 миллионов лет. Из этого следует, что возраст звезды вписывается в рамки 13,8 млрд лет, тем самым разрешая конфликт «звезды, появившейся раньше Вселенной». Учёный убеждён, что это одно из убедительных доказательств теории Большого взрыва.

«Определение звёздного возраста сейчас не так проблемно, как в 1990-е годы. Раньше он, согласно исследованиям, мог достигать 18 или даже 20 миллиардов лет», — рассказал Бонд.

Тем не менее не все сомнения развеяны — многие исследователи полагают, что Вселенная может быть моложе 13,8 миллиарда лет. Например, согласно данным «Планка» — космического телескопа ESA — о космическом излучении, Вселенной может быть лишь 11,4 млрд лет. Одним из исследователей является Адам Рисс — нобелевский лауреат из балтиморского Института исследований космоса с помощью космического телескопа (STScI).

Выводы основаны на идее расширяющейся Вселенной, выдвинутой Эдвином Хабблом в 1929 году. Команда «Планка» определила скорость расширения как 67,4 километра в мегапарсек (Мпк), однако последние исследования констатируют, что фактическая скорость расширения на 10% выше и равна 73-74 км/Мпк. Исходя из этих данных следует, что Вселенной не более 12,7 млрд лет, что вновь свидетельствует о том, что HD 140283 «Мафусаил» старше среды его «обитания».

По словам Мэтьюза, нынешний «парадокс возрастов» произрастает из изменения тёмной энергии и скорости ускорения с течением времени. Данный парадокс может быть разрешён благодаря новым исследованиям гравитационных волн, однако и здесь есть загвоздка — сами волны были обнаружены лишь в 2015 году.

Несмотря на сложность выполнения данной задачи, прорыв может быть сделан в ближайшее десятилетие. Астрофизик нью-йоркского Института Flatiron Стивен Фини заявил, что можно собрать данные о столкновениях пар нейтронных звёзд — для этого нужно использовать электромагнитный спектр для определения скорости их движения относительно Земли. Далее требуется анализ возникающих гравитационных волн для определения расстояния. Совокупность полученных данных даст наиточнейшую постоянную Хаббла.

Тайна возраста HD 140283 ведёт к новым открытиям, куда более научно сложным и доселе недостижимым, которые изменят наше понимание природы Вселенной.