天文学者は100年以上にわたり、天秤座星座で地球から約190光年離れたところにある奇妙な星を観測してきました。それは時速800,000 mph（時速130万km）で空を急速に移動します。しかし、それよりも興味深いのは、HD 140283-または一般に知られているメトセラ-も宇宙で最も古い既知の星の1つです。
2000年に、科学者たちは、160億歳と推定される欧州宇宙機関（ESA）のヒッパルコス衛星による観測を使用して、星とのデートを試みました。そのような数字はかなり心を吹き飛ばし、またかなり不可解でした。ペンシルベニア州立大学の天文学者ハワードボンドが指摘したように、宇宙の年齢-宇宙マイクロ波背景の観測から決定-は138億歳です。 「それは深刻な矛盾だった」と彼は言った。
額面通りに撮影すると、星の予測年齢は大きな問題を引き起こしました。星は宇宙よりも古いのでしょうか？または、逆に、宇宙はどのように若いのでしょうか？メトセラは、969歳で亡くなり、聖書に登場するすべての人物の中で最も長寿になったとされる聖書の家父長にちなんで名付けられました。ヘリウムと鉄はほとんど含まれていません。それは、鉄が一般的になる前に星が生まれたに違いないことを意味する構成です。
しかし、その環境より20億年以上古いですか？確かにそれは不可能です。
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ボンドと彼の同僚は、最初の160億という数字が正確であったかどうかを解明する作業に取り掛かりました。彼らは、ハッブル宇宙望遠鏡のファインガイダンスセンサーによって2003年から2011年の間に記録された11セット以上の観測値を調べ、星の位置、距離、エネルギー出力を記録しました。視差、分光、測光の測定を取得することで、より良い年齢感覚を決定できます。
「HD 140283の時代の不確実性の1つは星の正確な距離でした」とボンドはオールアバウトスペースに語りました。 「その明度をより正確に決定できるため、これを正しくすることが重要でした。その年齢から、固有の明度が明るくなるほど、星は若くなります。私たちは、視差効果を探していました。地球の軌道運動による位置の変化を探すために離れて、距離を教えてくれます。」
また、核の核反応の正確な速度や外層で下向きに拡散する元素の重要性など、星の理論的モデリングにも不確実性があったと彼は述べた。彼らは、残ったヘリウムが炉心の奥深くまで拡散し、核融合によって燃焼する水素を少なくするという考えに取り組みました。燃料をより速く使用すると、年齢が下がります。
「重要なもう一つの要因は、何よりも、星の酸素量でした」とボンドは言いました。 HD 140283は、酸素と鉄の比率が予測よりも高く、宇宙には数百万年間酸素が豊富ではなかったため、星の年齢が低いことを再び示していました。
ボンドと彼の共同研究者たちは、HD 140283の年齢を144.6億年と見積もっていました。しかし、それはまだ宇宙自体の年齢を超えていましたが、科学者たちは8億年の残余の不確実性を提起しました。ボンドは、完全に完璧ではなかったとしても、星の年齢を宇宙の年齢に適合させたと言いました。
「すべての測定された推定値と同様に、それはランダムなエラーと系統的なエラーの両方の影響を受ける」と研究に関与しなかった英国バーミンガムのアストン大学の物理学者ロバートマシューズは言った。 「エラーバーの重複は、宇宙論的年齢の決定との衝突の可能性をある程度示している」とマシューズは述べた。 「言い換えると、サポートされている最高の星の年齢は、派生した宇宙の年齢と矛盾しており、矛盾はエラーバーを極端に押し上げることによってのみ解決できます。」
さらなる改良により、HD 140283の時代はもう少し落ちました。 2014年の追跡調査により、星の年齢が142.7億年に更新されました。 「到達した結論は、年齢は約140億年であり、繰り返しますが、観測測定と理論モデリングの両方にすべての不確実性の原因が含まれている場合、エラーは約7億または8億年であるため、矛盾はありません。 138億年は星の誤差範囲内にあるからだ」とボンドは語った。
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ボンドにとって、宇宙の年齢とこの古い近くの星の年齢との間の類似性-どちらも異なる分析方法によって決定されました-は、宇宙のビッグバンの絵に非常に強力な証拠を提供する驚くべき科学的成果です」彼は、最も古い星の年齢に関する問題は、恒星の年齢が180億年、またはある場合には200億年に近づいていた1990年代よりもはるかに深刻ではないと述べました。 「決定の不確実性により、時代は今同意している」とボンドは言った。
それでもマシューズは、問題はまだ解決されていないと考えています。 2019年7月にカリフォルニア州サンタバーバラにあるカブリ理論物理学研究所で開催されたトップ宇宙論者の国際会議での天文学者たちは、宇宙の年齢の違いを示唆する研究に戸惑っていました。彼らは比較的近くにある銀河の測定値を見ていました。これは、宇宙が宇宙マイクロ波背景で決定された年齢と比較して数億年も若いことを示唆しています。
実際、ヨーロッパのプランク宇宙望遠鏡による2013年の宇宙放射線の詳細な測定で推定されているように、138億年前とはほど遠く、宇宙は114億年と若い可能性があります。研究の背後にいるのは、メリーランド州ボルチモアにある宇宙望遠鏡科学研究所のノーベル賞受賞者のアダムリースです。
結論は、1929年にエドウィンハッブルによって示されているように、拡大する宇宙のアイデアに基づいています。これは、ビッグバンの基本です。かつては、熱く密な状態が爆発して空間を広げていたという理解がありました。これは測定可能であるはずの開始点を示していますが、新しい発見により、拡張率は実際にはプランクによって提案されたものよりも約10％高いことが示唆されています。
実際、プランクチームは、膨張率はメガパーセクあたり毎秒67.4 kmであると判断しましたが、最近の宇宙の膨張率の測定値は73または74の値を指しています。つまり、速度の測定値には違いがあります宇宙は今日拡大しており、初期の宇宙の物理学に基づいて、それがどれだけ速く拡大すべきかについての予測はリーズ氏は述べた。この難問の背後にあると考えられている暗黒物質と暗黒エネルギーについて学ぶことがまだたくさんあることを示しながら、それは受け入れられた理論の再評価につながります。
ハッブル定数の値が高いほど、宇宙の年齢が短いことを示します。メガパーセクあたり1秒あたり67.74 kmの定数は、138億年の年齢につながります。一方、73の1つ、またはいくつかの研究が示している77もの高さは、127億年以下の宇宙年齢を示します。もう一度、HD 140283が宇宙よりも古いことを示唆するのは不一致です。その後、サイエンス誌に掲載されたハッブル定数82.4を提案した2019年の研究に取って代わりました。宇宙の年齢は114億年しかないことを示唆しています。
マシューズは、その答えはより大きな宇宙論的洗練にあると信じています。 「恒星天体物理学者ではなく、観測宇宙学者がこのパラドックスを生み出す何かを見逃したのではないかと思います」と彼は言って、星の測定値はおそらくより正確であると指摘しました。 「それは宇宙論者が何らかの形でだらしないのではなく、宇宙の年齢決定が星のそれよりも、そして間違いなくよりトリッキーな観測的および理論的不確実性の影響を受けやすいためです。」
それで、科学者はこれをどのように理解しますか？
この特定の星よりも宇宙が若く見える可能性があるのは何ですか？
「2つの選択肢があり、科学の歴史はそのような場合には現実は両方の混合であると示唆している」とマシューズは言った。 「この場合、それは完全には理解されていない観測誤差の原因であり、さらに宇宙膨張の主要な推進力であった暗黒エネルギーの強さなど、宇宙のダイナミクスの理論におけるいくつかのギャップがあります。何十億年もの間。」
彼は、現在の「年齢のパラドックス」が暗黒エネルギーの時間変化を反映している可能性を示唆しているため、加速率の変化-理論家が発見した可能性は、いわゆる因果集合論。マシューズは、重力波に関する新たな研究が逆説の解決に役立つ可能性があると述べた。
これを行うには、科学者はハッブル定数を測定するために宇宙マイクロ波背景やセファイド変数や超新星などの近くのオブジェクトの監視に依存するのではなく、死んだ星のペアによって作成された空間と時間の構造の波紋を調べます-前者はメガパーセクあたり毎秒67 kmの速度になり、後者は73になります。
問題は、2015年に初めて直接検出された重力波を測定することは簡単な作業ではありません。しかし、ニューヨークのフラットアイアンインスティテュートの天体物理学者であるスティーブンフィーニー氏によると、次の10年。アイデアは、これらのイベントが放出する可視光を使用して中性子星のペア間の衝突からデータを収集し、それらが地球に対して移動している速度を把握することです。それはまた距離の考えのために結果として生じる重力波を分析することを必要とします-両者はまだ最も正確であるべきハッブル定数の測定を与えるために組み合わせることができます。
HD 140283の時代の謎は、宇宙がどのように機能するかについての理解を変える、より大きくより科学的に複雑なものにつながります。
「パラドックスについての最もありそうな説明は、見落とされている観察効果および/または宇宙膨張のダイナミクスの私たちの理解から大きな何かが欠けていることです」とマシューズは言いました。その「何か」が正確に何であるかは、天文学者がしばらくの間挑戦し続けることは確実です。
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