เป็นเวลากว่า 100 ปีแล้วที่นักดาราศาสตร์ได้สังเกตดาวที่น่าสนใจซึ่งอยู่ห่างออกไป 190 ปีแสงจากโลกในกลุ่มดาวราศีตุลย์ มันเดินทางข้ามฟากฟ้าอย่างรวดเร็วที่ 800,000 ไมล์ต่อชั่วโมง (1.3 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง) แต่น่าสนใจยิ่งกว่านั้น HD 140283 - หรือเมธูเซลาห์ตามที่รู้จักกันทั่วไป - ก็เป็นหนึ่งในดาวที่รู้จักมากที่สุดในจักรวาล
ในปี 2000 นักวิทยาศาสตร์พยายามตรวจสอบดาวฤกษ์โดยใช้การสำรวจผ่านดาวเทียม Hipparcos ขององค์การอวกาศแห่งยุโรป (ESA) ซึ่งมีอายุประมาณ 16 พันล้านปี ตัวเลขดังกล่าวค่อนข้างน่าเหลือเชื่อและค่อนข้างงุนงง ในขณะที่นักดาราศาสตร์ Howard Bond แห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐเพนซิลวาเนียได้ชี้ให้เห็นอายุของจักรวาลซึ่งพิจารณาจากการสำรวจพื้นหลังไมโครเวฟในอวกาศมีอายุ 13.8 พันล้านปี “ มันเป็นความแตกต่างที่ร้ายแรง” เขากล่าว
เมื่อพิจารณาตามมูลค่าอายุที่คาดการณ์ของดาวจะทำให้เกิดปัญหาใหญ่ ดาวจะมีอายุมากกว่าจักรวาลได้อย่างไร? หรือตรงกันข้ามจักรวาลจะอายุน้อยกว่าได้อย่างไร เป็นที่ชัดเจนว่าเมธูเซลาห์ - ชื่อที่อ้างถึงพระสังฆราชซึ่งกล่าวกันว่าตายเมื่ออายุ 969 ปีทำให้เขามีอายุยืนยาวที่สุดในบรรดาตัวเลขทั้งหมดในพระคัมภีร์ไบเบิล - แก่แล้วเนื่องจาก subgiant ที่ทำด้วยโลหะส่วนใหญ่ทำมาจากไฮโดรเจน และฮีเลียมและมีธาตุเหล็กน้อยมาก การจัดองค์ประกอบของมันหมายความว่าดาวจะต้องเกิดขึ้นก่อนที่เหล็กจะกลายเป็นเรื่องธรรมดา
แต่มากกว่าสองพันล้านปีแก่กว่าสิ่งแวดล้อม? แน่นอนว่าเป็นไปไม่ได้
ลองมองดูอายุของเมธูเสลาอย่างใกล้ชิด
บอร์นและเพื่อนร่วมงานของเขาตั้งใจทำงานเพื่อหาว่าตัวเลขเริ่มต้นจำนวน 16 พันล้านนั้นถูกต้องหรือไม่ พวกเขาทำการสำรวจมากกว่า 11 ชุดซึ่งได้รับการบันทึกไว้ระหว่างปี 2003 และ 2011 โดย Fine Guidance Sensor ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลซึ่งทำการบันทึกตำแหน่งระยะทางและพลังงานของดาวฤกษ์ ในการรับพารัลแลกซ์สเปกโทรสโกปีและการวัดความเข้มแสงจะสามารถกำหนดอายุที่ดีกว่าได้
"หนึ่งในความไม่แน่นอนกับอายุของ HD 140283 คือระยะทางที่แม่นยำของดาว" บอร์นบอกกับ All About Space "มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะได้รับสิทธินี้เพราะเราสามารถกำหนดความส่องสว่างของมันได้ดีกว่าและจากอายุของมัน - ความสว่างที่แท้จริงของดวงดาวที่อายุน้อยกว่าดาวอายุน้อยกว่าเรากำลังมองหาผล Parallax ซึ่งหมายความว่าเรากำลังดูดาวหกเดือน นอกเหนือจากที่จะมองหาการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งของมันเนื่องจากการเคลื่อนที่ของวงโคจรของโลกซึ่งบอกเราระยะทาง "
นอกจากนี้ยังมีความไม่แน่นอนในการสร้างแบบจำลองเชิงทฤษฎีของดาวเช่นอัตราการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่แน่นอนในแกนกลางและความสำคัญขององค์ประกอบที่กระจายตัวลงในชั้นนอกเขากล่าว พวกเขาทำงานบนความคิดที่ว่าฮีเลียมที่เหลือกระจายลึกเข้าไปในแกนกลางทำให้ไฮโดรเจนน้อยลงเพื่อเผาไหม้ผ่านฟิวชั่นนิวเคลียร์ เมื่อใช้น้ำมันเชื้อเพลิงเร็วขึ้นอายุจะลดลง
"อีกปัจจัยที่สำคัญคือปริมาณออกซิเจนในดาวทุกอย่าง" บอร์นกล่าว HD 140283 มีอัตราส่วนออกซิเจนต่อเหล็กสูงกว่าที่คาดการณ์ไว้และเนื่องจากออกซิเจนไม่ได้มีอยู่อย่างมากมายในจักรวาลในช่วงสองสามล้านปีมันจึงชี้ไปที่อายุที่ต่ำกว่าของดาวฤกษ์
บอร์นและผู้ทำงานร่วมกันประเมินอายุของ HD 140283 เป็น 14.46 พันล้านปีซึ่งลดลงอย่างมากเมื่อ 16 พันล้านคนที่อ้างว่าก่อนหน้านี้ อย่างไรก็ตามก็ยังมากกว่าอายุของจักรวาล แต่นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งความไม่แน่นอนที่เหลืออยู่ 800 ล้านปีซึ่งบอร์นกล่าวว่าทำให้อายุของดาวเข้ากันได้กับอายุของจักรวาลแม้ว่ามันจะไม่สมบูรณ์แบบก็ตาม .
"เช่นเดียวกับค่าที่วัดได้ทั้งหมดมันเป็นข้อผิดพลาดทั้งแบบสุ่มและเป็นระบบ" นักฟิสิกส์ Robert Matthews จากมหาวิทยาลัย Aston ในเบอร์มิงแฮมสหราชอาณาจักรซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษากล่าว “ การทับซ้อนกันในแถบข้อผิดพลาดนั้นบ่งบอกถึงความน่าจะเป็นที่จะเกิดการปะทะกับการกำหนดอายุทางดาราศาสตร์” แมทธิวส์กล่าว "ในคำอื่น ๆ อายุที่ดีที่สุดของดาวฤกษ์ที่สนับสนุนคือขัดแย้งกับอายุของจักรวาลและความขัดแย้งสามารถแก้ไขได้โดยการผลักดันแถบข้อผิดพลาดให้ถึงขีดสุด
การปรับแต่งเพิ่มเติมเห็นอายุ HD 140283 ลดลงอีกเล็กน้อย การศึกษาติดตามผลในปี 2014 ปรับปรุงอายุของดาวเป็น 14.27 พันล้านปี "ข้อสรุปที่ผ่านมาคืออายุประมาณ 14 พันล้านปีและอีกครั้งหากมีแหล่งที่มาของความไม่แน่นอนทั้งในการวัดเชิงสังเกตการณ์และการสร้างแบบจำลองเชิงทฤษฎี - ข้อผิดพลาดคือประมาณ 700 หรือ 800 ล้านปีดังนั้นจึงไม่มีความขัดแย้ง เพราะ 13.8 พันล้านปีอยู่ในแถบข้อผิดพลาดของดาว "บอร์นกล่าว
ลองดูอายุของจักรวาลให้ละเอียดยิ่งขึ้น
สำหรับบอนด์ความคล้ายคลึงกันระหว่างอายุของเอกภพและของดาวฤกษ์ใกล้เคียงดวงนี้ซึ่งทั้งสองวิธีนี้ได้รับการกำหนดโดยวิธีการวิเคราะห์ที่แตกต่างกันคือ "ความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ที่น่าทึ่งซึ่งให้หลักฐานที่แข็งแกร่งมากสำหรับภาพบิกแบงของจักรวาล " เขากล่าวว่าปัญหาที่เกิดขึ้นกับอายุของดาวฤกษ์ที่เก่าแก่ที่สุดนั้นรุนแรงน้อยกว่าในปี 1990 เมื่ออายุของดาวฤกษ์ใกล้จะถึง 18 พันล้านปีหรือในกรณีหนึ่งคือ 20 พันล้านปี “ ด้วยความไม่แน่นอนของการกำหนดอายุตอนนี้ก็เห็นด้วย” บอร์นกล่าว
แมทธิวเชื่อว่าปัญหายังไม่ได้รับการแก้ไข นักดาราศาสตร์ในการประชุมนานาชาติของนักดาราศาสตร์ชั้นนำที่ Kavli Institute สำหรับทฤษฎีฟิสิกส์ใน Santa Barbara, California, ในเดือนกรกฎาคม 2019 ได้ทำให้งงงวยการศึกษาที่แนะนำอายุที่แตกต่างกันสำหรับจักรวาล พวกเขากำลังตรวจสอบกาแลคซีที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งบอกว่าเอกภพมีอายุน้อยกว่าหลายร้อยล้านปีเมื่อเทียบกับอายุที่พิจารณาจากพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล
ในความเป็นจริงแล้วห่างจากอายุ 13.8 พันล้านปีตามการประเมินโดยการตรวจวัดรังสีคอสมิคโดยละเอียดของกล้องโทรทรรศน์อวกาศยุโรปในปี 2556 จักรวาลอาจมีอายุน้อยกว่า 11.4 พันล้านปี หนึ่งในผู้ที่อยู่เบื้องหลังการศึกษานี้คือ Adam Riess ผู้ได้รับรางวัลโนเบลแห่งสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศในบัลติมอร์รัฐแมริแลนด์
ข้อสรุปขึ้นอยู่กับแนวคิดของจักรวาลที่ขยายตัวดังที่แสดงในปี 1929 โดย Edwin Hubble นี่เป็นพื้นฐานของบิ๊กแบง - ความเข้าใจว่าครั้งหนึ่งเคยเป็นรัฐที่มีความหนาแน่นร้อนแรงซึ่งระเบิดออกมายืดพื้นที่ มันบ่งชี้ว่าเป็นจุดเริ่มต้นที่ควรวัดได้ แต่การค้นพบที่สดใหม่บ่งบอกว่าอัตราการขยายตัวนั้นสูงกว่าอัตราที่แนะนำโดยพลังค์ประมาณ 10%
อันที่จริงทีมพลังค์กำหนดว่าอัตราการขยายตัวคือ 67.4 กม. ต่อวินาทีต่อเมกะไบต์ แต่การวัดล่าสุดของอัตราการขยายตัวของจักรวาลชี้ไปที่ค่า 73 หรือ 74 นั่นหมายความว่ามีความแตกต่างระหว่างการวัดความเร็วที่รวดเร็ว จักรวาลกำลังขยายตัวในวันนี้และการคาดการณ์ว่าจะขยายตัวเร็วแค่ไหนโดยอิงตามฟิสิกส์ของเอกภพยุคแรกรีสกล่าว มันนำไปสู่การประเมินทฤษฎีที่เป็นที่ยอมรับในขณะเดียวกันก็แสดงให้เห็นว่ายังมีอะไรอีกมากมายให้เรียนรู้เกี่ยวกับสสารมืดและพลังงานมืดซึ่งคิดว่าจะอยู่เบื้องหลังปริศนานี้
ค่าที่สูงขึ้นสำหรับค่าคงที่ฮับเบิลบ่งชี้อายุที่สั้นลงของจักรวาล ค่าคงที่ 67.74 กม. ต่อวินาทีต่อเมกะไบต์ต่อวินาทีจะนำไปสู่อายุ 13.8 พันล้านปีในขณะที่หนึ่งใน 73 หรือสูงถึง 77 เท่าที่มีการศึกษาแสดงให้เห็นจะบ่งบอกว่าอายุของจักรวาลไม่เกิน 12.7 พันล้านปี มันไม่ตรงกันที่แนะนำอีกครั้งว่า HD 140283 นั้นเก่ากว่าเอกภพ ตั้งแต่นั้นมาก็ถูกแทนที่ด้วยการศึกษา 2019 ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science ที่เสนอค่าคงที่ฮับเบิล 82.4 ซึ่งบอกว่าอายุของจักรวาลมีอายุเพียง 11.4 พันล้านปี
แมทธิวเชื่อว่าคำตอบอยู่ในการปรับแต่งทางดาราศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่กว่า “ ฉันสงสัยว่านักดาราศาสตร์เชิงสังเกตการณ์ได้พลาดบางสิ่งที่สร้างความขัดแย้งนี้แทนที่จะเป็นนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ดาวฤกษ์” เขากล่าวชี้ไปที่การตรวจสอบดวงดาวที่มีความแม่นยำมากขึ้น แต่นั่นเป็นเพราะการกำหนดอายุของเอกภพนั้นขึ้นอยู่กับความไม่แน่นอนในเชิงการสังเกตและทฤษฎีมากกว่าความเป็นดาว "
ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จะคิดออกยังไง?
อะไรที่ทำให้เอกภพดูอ่อนกว่าดาวดวงนี้
“ มีสองทางเลือกและประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ชี้ให้เห็นว่าในกรณีเช่นนี้ความจริงก็คือการผสมผสานของทั้งสองอย่าง” แมทธิวส์กล่าว ในกรณีนี้จะเป็นแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดเชิงสังเกตซึ่งยังไม่ได้รับการเข้าใจอย่างสมบูรณ์รวมถึงช่องว่างบางอย่างในทฤษฎีการเปลี่ยนแปลงของจักรวาลเช่นความแข็งแกร่งของพลังงานมืดซึ่งเป็นตัวขับเคลื่อนสำคัญของการขยายตัวของจักรวาล เป็นเวลาหลายพันล้านปีแล้ว "
เขาชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่ "กระแสขัดแย้งอายุ" ในปัจจุบันสะท้อนให้เห็นถึงความแปรผันของเวลาในพลังงานมืดและดังนั้นการเปลี่ยนแปลงในอัตราเร่ง - นักทฤษฎีความเป็นไปได้พบว่าอาจเข้ากันได้กับแนวคิดเกี่ยวกับธรรมชาติพื้นฐานของแรงโน้มถ่วง ทฤษฎีเซตเชิงสาเหตุ การวิจัยใหม่เกี่ยวกับคลื่นความโน้มถ่วงสามารถช่วยแก้ไขความขัดแย้งได้แมทธิวส์กล่าว
ในการทำเช่นนี้นักวิทยาศาสตร์จะดูระลอกคลื่นในผ้าของอวกาศและเวลาที่สร้างขึ้นโดยดาวฤกษ์คู่มากกว่าที่จะอาศัยพื้นหลังไมโครเวฟในอวกาศหรือตรวจสอบวัตถุใกล้เคียงเช่นตัวแปรเซเฟอิดและซุปเปอร์โนวาเพื่อวัดค่าคงที่ของฮับเบิล อดีตส่งผลให้ความเร็ว 67 กม. ต่อวินาทีต่อเมกะไบต์และหลังใน 73
ปัญหาคือการวัดคลื่นความโน้มถ่วงไม่ใช่เรื่องง่ายเนื่องจากพวกมันถูกตรวจพบโดยตรงเป็นครั้งแรกในปี 2558 เท่านั้น แต่จากข้อมูลของสตีเฟ่นฟีนีย์นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่สถาบันเหล็กติโนในนิวยอร์กความก้าวหน้าอาจเกิดขึ้นในช่วง ทศวรรษหน้า แนวคิดคือการรวบรวมข้อมูลจากการชนกันระหว่างดาวนิวตรอนคู่หนึ่งโดยใช้แสงที่มองเห็นได้เหตุการณ์เหล่านี้ปล่อยออกมาเพื่อหาความเร็วที่พวกมันเคลื่อนที่เมื่อเทียบกับโลก นอกจากนี้ยังนำไปสู่การวิเคราะห์คลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นสำหรับแนวคิดเรื่องระยะทางซึ่งทั้งสองอย่างสามารถรวมกันเพื่อให้การวัดค่าคงที่ฮับเบิลซึ่งควรแม่นยำที่สุด
ความลึกลับของยุคของ HD 140283 นำไปสู่บางสิ่งที่ใหญ่กว่าและซับซ้อนทางวิทยาศาสตร์มากขึ้นซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงความเข้าใจในการทำงานของจักรวาล
"คำอธิบายที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดสำหรับความขัดแย้งคือผลกระทบจากการสังเกตและ / หรือบางสิ่งที่ขาดหายไปมากจากความเข้าใจของเราเกี่ยวกับพลวัตของการขยายตัวของจักรวาล" แน่นอนว่า "บางสิ่ง" คือทำให้แน่ใจว่านักดาราศาสตร์จะต้องท้าทายอยู่ชั่วระยะเวลาหนึ่ง
แหล่งข้อมูลเพิ่มเติม:
