Астрономы подтвердили возраст Вселенной в 13,8 миллиарда лет с помощью древнейших звёзд

Астрономы использовали возраст более 155 тысяч звёзд Млечного Пути, чтобы независимо оценить возраст Вселенной. Полученные результаты поддерживают стандартную космологическую модель и показывают, что Вселенная, вероятнее всего, существует около 13,8 миллиарда лет.

Учёные отмечают, что их метод не зависит напрямую от измерений космического микроволнового фона или наблюдений ближайших галактик, а основан на изучении древнейших звёзд, которые сохранили информацию о ранних этапах истории космоса.

Возраст Вселенной тесно связан с одной из главных нерешённых проблем современной космологии — так называемым напряжением Хаббла. Оно возникает из-за расхождения между двумя основными способами измерения скорости расширения Вселенной.

Первый метод основан на изучении космического микроволнового фона — слабого излучения, оставшегося после Большого взрыва. Эти измерения приводят к одному значению постоянной Хаббла и соответствуют возрасту Вселенной около 13,8 миллиарда лет в рамках стандартной модели ΛCDM.

Второй метод использует наблюдения объектов в относительно близкой части Вселенной, включая цефеиды и сверхновые звёзды. Эти измерения показывают более высокую скорость расширения, что при экстраполяции назад во времени приводит к возрасту Вселенной примерно 12,5–12,9 миллиарда лет.

Разница между двумя оценками составляет около 9% и получила название «напряжение Хаббла». Учёные предлагают различные объяснения этого расхождения: от существования новой физики, которая могла влиять на расширение Вселенной в прошлом, до более поздних или локальных эффектов.

В новом исследовании команда под руководством Индранила Баника из Университета Портсмута решила оценить минимальный возраст Вселенной с помощью древнейших звёзд нашей галактики. По аналогии с ископаемыми остатками в геологии, старые звёзды выступают своеобразными «космическими окаменелостями», которые позволяют изучать прошлое Вселенной.

Если астрономы обнаруживают звезду возрастом около 13 миллиардов лет, сама Вселенная должна быть ещё старше, поскольку после Большого взрыва потребовалось время для формирования первых звёзд.

Для анализа исследователи первоначально изучили 247 103 субгигантские звезды. Это звёзды, которые уже завершили основной этап своей жизни, но ещё находятся на промежуточной стадии эволюции, что позволяет достаточно точно оценивать их возраст.

Данные были получены из двух крупных астрономических проектов — обзора LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope) и космической миссии Gaia. Учёные отфильтровали объекты, которые не соответствовали химическим характеристикам типичных древних звёзд.

После дополнительной проверки с использованием независимого метода в итоговую выборку вошло 155 600 звёзд. Анализ самых старых долгоживущих звёзд Млечного Пути показал, что возраст древнейшей обнаруженной звезды составляет около 13,73 миллиарда лет.

Погрешность оценки составляет примерно +0,18 и −0,15 миллиарда лет. Этот результат хорошо согласуется с предыдущими исследованиями старых звёзд и шаровых скоплений, а также с возрастом Вселенной, рассчитанным на основе космического микроволнового фона.

Учёные предполагают, что после Большого взрыва потребовалось около 200 миллионов лет, чтобы сформировалась такая древняя звезда. Поэтому её возраст подтверждает, что Вселенная должна быть немного старше — примерно 13,8 миллиарда лет.

Исследователи подчёркивают, что в расчётах всё ещё существуют источники неопределённости. Среди них размер выборки, критерии отбора звёзд, особенности моделей звёздной эволюции, продолжительность процессов формирования первых звёзд и теоретические предположения.

Каждый из этих факторов может влиять на точность оценки примерно на 0,15–0,2 миллиарда лет. Поэтому дальнейшие исследования смогут лишь постепенно уточнять полученное значение, а не полностью изменить его.

Однако новый результат важен для решения проблемы напряжения Хаббла. Возраст Вселенной, полученный по древним звёздам, лучше соответствует сценарию стандартной космологии и меньше поддерживает идеи о том, что во всей истории Вселенной действовали неизвестные физические процессы, изменившие скорость её расширения.

Вместо этого исследование указывает на возможность того, что причина расхождения может быть связана с более поздними этапами эволюции Вселенной. Например, изменения могли произойти только в последние несколько миллиардов лет или быть связаны с локальными особенностями распределения материи.

Одним из возможных объяснений остаётся существование крупной области пониженной плотности вещества — космической пустоты. Такая область могла бы создавать впечатление, что окружающая нас часть Вселенной расширяется быстрее, чем в среднем по космосу.

Авторы исследования считают, что полученные данные поддерживают так называемое решение напряжения Хаббла через поздние процессы в истории Вселенной, а не через радикальное изменение представлений о её раннем развитии.

Исследование опубликовано в журнале arXiv.