Efter att ha läst titeln trodde du förmodligen att något är fel här. Men vad - en stjärna, universum eller något annat? Om du vet hur stjärnor fungerar kan du ta en, studera dess fysiska egenskaper och ta reda på när de borde ha dykt upp. Stjärnor genomgår många förändringar när de åldras: deras radie, ljusstyrka och temperatur förändras när bränslet bränner. Men en stjärnas livslängd, i allmänhet, beror bara på två egenskaper som den föds med: massa och metallicitet, det vill säga mängden element som finns i den som är tyngre än väte och helium.
De äldsta stjärnorna som vi hittat i universum är praktiskt taget orörda och är nästan 100% väte och helium kvar från Big Bang. De kan vara 13 miljarder år gamla, och den äldsta är 14,5 miljarder år gammal.
Och det är ett stort problem, eftersom universum i sig bara är 13,8 miljarder år gammalt, säger Ethan Siegel från Medium.com.
Kärnan i det globulära klustret Omega Centauri är en av de mest trånga regionerna med gamla stjärnor. Det kan finnas stjärnor här som är 12 miljarder år gamla, och de äldsta är mer än 14 miljarder år gamla, och detta är ett problem eftersom de är äldre än universum självt.
Det kan inte finnas en stjärna äldre än universum självt; annars skulle det ha existerat långt innan Big Bang. Men Big Bang blev källan till universums utseende som vi känner till, från vilken all materia, energi, neutrino, fotoner, antimateria, mörk materia och till och med mörk energi kom ut. Allt i vårt observerbara universum började med denna händelse, och allt vi behandlar i dag kan spåras tillbaka till detta ögonblick. Därför bör den enklaste förklaringen att stjärnor kunde ha dykt upp före universum självt uteslutas.
Det kan vara så att vi felaktigt har dragit upp universumets ålder. Vi extraherar det från exakta mätningar av universum i stor skala. Genom att utforska en rad funktioner inklusive:
Kampanjvideo:
- täthet och temperaturfel i den kosmiska mikrovågsbakgrunden, efterglödet från Big Bang;
- gruppering av stjärnor och galaxer nu och miljarder ljusår bort;
- hastigheten på Hubble-utvidgningen av universums tyg;
- historia om stjärnbildning och galaktisk evolution;
liksom många andra källor får vi en mycket konsekvent bild av universum. Den består av 68% mörk energi, 27% mörk materia, 4,9% vanlig materia, 0,1% neutrino, 0,01% strålning och är ungefär 13,8 miljarder år gammal. Osäkerheten i åldern på universum svävar runt 100 miljoner år, så även om universum säkert kan vara hundra miljoner år yngre eller äldre är det troligt att det når 14,5 miljarder år.
ESA: s Gaia-uppdrag mätte positioner och egenskaper för hundratals miljoner stjärnor nära det galaktiska centrumet och hittade de äldsta stjärnorna som är kända för mänskligheten.
Det finns bara en rimlig möjlighet kvar: vi uppenbarligen felaktigt uppskattar stjärnorna. Vi har studerat hundratals miljoner stjärnor i detalj i olika stadier av deras liv. Vi vet hur stjärnor bildas och under vilka förhållanden; vet när och hur de antänder kärnfusion; vi vet hur länge de olika syntesstegen varar och hur effektiva de är; vi vet hur länge de lever och hur de dör, olika typer med olika massor. Kort sagt, astronomi är en allvarlig vetenskap, särskilt när det gäller stjärnor. I allmänhet är de äldsta stjärnorna relativt små i massan (mindre massiva än vår sol), innehåller få metaller (andra element än väte och helium) och kan vara äldre än själva galaxen.
Extremt gamla stjärnor finns i kulakluster.
Många av dem finns i kulakluster som säkert innehåller stjärnor på 12 miljarder eller i sällsynta fall till och med 13 miljarder år gamla. För en generation sedan hävdade folk att dessa kluster var 14-16 miljarder år gamla, vilket skapade spänningar i etablerade kosmologiska modeller, men gradvis förbättrade en förbättrad förståelse för den stellar evolutionen dessa nummer i linje. Vi har utvecklat mer avancerade metoder för att förbättra vår observationsförmåga: genom att mäta inte bara kolens, syre- eller järninnehållet i dessa stjärnor, utan också genom att använda det radioaktiva förfallet av uran och thorium. Vi kan direkt bestämma åldern för enskilda stjärnor.
SDSS J102915 + 172927 är en gammal stjärna 4140 ljusår från oss, som bara innehåller 1/20 000 av de tunga elementen jämfört med vår sol och borde vara 13 miljarder år gammal. Det är en av de äldsta stjärnorna i universum.
Under 2007 kunde vi mäta stjärnan HE 1523-0901, som utgör 80% av solens massa, endast innehåller 0,1% av soljärnet och tros vara 13,2 miljarder år gammalt i termer av dess överflöd av radioaktiva element. 2015 identifierades nio stjärnor nära centrum av Vintergatan, som bildades för 13,5 miljarder år sedan: bara 300 miljoner år efter Big Bang. "Dessa stjärnor bildades före Vintergatan och galaxen bildades runt dem", säger Louis Howes, medupptäcker av dessa gamla reliker. I själva verket har en av dessa nio stjärnor mindre än 0,001% soljärn; Detta är den typ av stjärna som James Webb Space Telescope kommer att leta efter när det börjar verka i oktober 2018.
Detta är en digitaliserad bild av den äldsta stjärnan i vår galax. Denna åldrande stjärna HD 140283 är 190 ljusår bort. Hubble Space Telescope har specificerat sin ålder på 14,5 miljarder plus eller minus 800 miljoner år.
Den mest slående stjärnan av alla är HD 140283, informellt smeknamnet Star of Methuselah. Det är bara 190 ljusår från oss, och vi kan mäta dess ljusstyrka, yttemperatur och sammansättning; vi kan också se att det just börjar utvecklas i den efterföljande fasen för att bli en röd jätten senare. Dessa informationsmaterial tillåter oss att dra slutsatsen till en väldefinierad ålder för stjärnan, och resultatet är åtminstone alarmerande: 14,46 miljarder år. Vissa egenskaper hos stjärnan, som järninnehållet i 0,4% av solen, säger att stjärnan är gammal, men inte den äldsta av alla. Och trots ett eventuellt fel på 800 miljoner år skapar Methuselah fortfarande en viss konflikt mellan den maximala åldern på stjärnorna och universumets ålder.
Vintergatan har inte förändrats på miljarder år. Men när stjärnorna blir äldre upphör det mest massiva att existera och de minst massiva börjar förvandlas till undergiganter.
Det är uppenbart idag att något kunde ha hänt med denna stjärna i det förflutna som vi ännu inte vet idag. Kanske föddes hon mer massiv och på något sätt förlorade de yttre skikten. Kanske absorberade stjärnan något material senare, vilket förändrade dess tunga elementöverflöd och förvirrade våra observationer. Vi kanske bara förstår dåligt den underliggande fasen i den stellarutvecklingen av forntida stjärnor med låg metallicitet. Gradvis kommer vi att dra rätt form eller beräkna åldern för de äldsta stjärnorna.
Men om vi har rätt, står vi inför ett allvarligt problem. I vårt universum kan det inte finnas någon stjärna som är äldre än själva universumet. Antingen är det något fel med uppskattningen av dessa stjärns ålder, eller så är något fel med uppskattningen av universums ålder. Eller något annat som vi ännu inte förstår alls. Detta är en stor chans att flytta vetenskapen i en ny riktning.
Ilya Khel