Возраст Вселенной поставлен под сомнение благодаря шаровидному скоплению возрастом 13,8 миллиарда лет

Оценка возраста шаровых звездных скоплений, таких как M92, возможно, положит конец давнему космическому спору о возрасте Вселенной. Анализ показывает, что возраст этого скопления, расположенного в нашей галактике, составляет от 13,1 до 14,5 миллиарда лет, что удивительно близко к расчетному возрасту Вселенной и ставит под сомнение ее реальный возраст.

Шаровые скопления - это очень плотные звездные скопления, которые могут содержать сотни тысяч звезд, сконцентрированных в диаметре от двадцати до нескольких сотен световых лет. В нашей галактике насчитывается около 150 шаровых скоплений, вращающихся вокруг ее центра. Считается, что эти скопления содержат одни из самых старых звезд в Млечном Пути. Редкость элементов, из которых состоят эти звезды (красные гиганты), указывает на то, что они образовались вскоре после Большого взрыва и поэтому являются важными элементами изучения для понимания эволюции Вселенной.

Астрономы обычно используют несколько методов для оценки возраста звезд или скоплений. Один из них основан на различиях в массе. Наиболее массивные звезды быстрее расходуют свой водород, набухают и затем взрываются, в то время как наименее массивные имеют гораздо более долгую жизнь. Однако точное время каждого этапа жизненного цикла звезды - это гораздо более сложная загадка.

Более точный метод оценки

Для более точного измерения возраста звезд или скоплений астрономы используют диаграмму Герцшпрунга-Рассела, которая предполагает построение графика зависимости их температуры от светимости. Полученные кривые указывают на хронологию этапов жизненного цикла каждой звезды. Определение количества звезд, которые состарились в одно и то же время в пределах скопления, может дать представление о дате рождения всей группы. Благодаря этой диаграмме астрономы смогли обнаружить, что все звезды в шаровом скоплении имеют примерно одинаковый возраст.

Однако этому методу не хватает точности, и он может быть применен только к шаровым скоплениям или отдельным звездам. Теперь астрономы из Дартмутского колледжа предлагают более точные методы измерения возраста М92, в частности, с учетом знаменитой постоянной Хаббла - скорости расширения Вселенной. Полученные ими результаты указывают на возраст, находящийся на пределе предполагаемого для Вселенной.

"Это помогает нам установить нижний предел возраста Вселенной. Мы не ожидаем, что M92 родилась раньше Вселенной", — говорит Мартин Йинг, исследователь из Дартмута и ведущий автор исследования. Его коллега, Майк Бойлан-Колчин из Техасского университета в Остине, добавляет: "Если мы серьезно относимся к постоянной Хаббла, то нам также придется сказать, что мы не очень хорошо знаем возраст Вселенной".

Возраст (слишком) близок к возрасту Вселенной?

Согласно открытиям, сделанным еще в 1990-х годах, Вселенная расширяется с возрастающей скоростью - ускорение, вызванное темной энергией. Однако последние измерения этой скорости расширения (постоянной Хаббла) показывают противоречивые цифры. Некоторые эксперты даже считают, что это расширение может быть не более чем иллюзией. По мнению Йинга и его коллег, единственный способ окончательно установить эту постоянную - это признать, что возраст Вселенной может отличаться от ранее предполагаемого.

"Постоянная Хаббла сама по себе является действительно трудноразрешимой проблемой. Само по себе это измерение недостаточно точное, чтобы разрешить спор. Но чем больше видов ограничений у нас будет, тем лучше", — объясняет внешний эксперт, комментирующий исследование, Венди Фридман из Чикагского университета.

До измерений, основанных на первом свете, испущенном после Большого взрыва, возраст шаровых скоплений был лучшим средством оценки возраста Вселенной. Однако от этого метода уже давно отказались. Тем не менее достижения в области компьютерного моделирования позволяют сделать этот метод более точным.

В новом исследовании ученые заново изобретают этот метод, оценивая возраст M92, шарового скопления, вращающегося вокруг центра нашей галактики и удаленного от Земли на расстояние около 27 000 световых лет. Для этого был смоделирован ансамбль из 20 000 звездных популяций с различным возрастом скопления.

Действительно, возраст этого скопления оценивался и ранее. Однако большинство этих расчетов основывались на единичном моделировании популяции звезд и использовали методы оценки их расстояния и "красного смещения" относительно независимо. В новом исследовании, находящемся в предварительной публикации на сайте arXiv, ученые смоделировали ансамбли с учетом широкого спектра физических параметров, таких как непрозрачность, скорость ядерных реакций, обилие гелия и конвективные движения. Кроме того, учитывались вариации расстояния и красного смещения, а также общая металличность (доля массы, не состоящая из водорода или гелия).

Новый протокол позволил бы снизить уровень ошибок в оценках примерно до 50%. Затем результаты, полученные в ходе моделирования, были сопоставлены с результатами наблюдений скопления с помощью космического телескопа Хаббл. Объединив два набора данных, исследователи смогли определить, что возраст M92 составляет 13,8 миллиарда лет, плюс-минус 750 миллионов лет. Эта погрешность в 5,4% обусловлена неопределенностью, связанной с фактическим расстоянием до скопления, а также другими параметрами, которые не были интегрированы.

Удивительно и довольно контр-интуитивно, но эта оценка (слишком) близка к предполагаемому возрасту Вселенной, который составляет 13,8 миллиарда плюс-минус 24 миллиона лет (согласно последним измерениям космического телескопа Planck). Таким образом, эти новые данные указывают на необходимость полной переоценки истинного возраста нашей Вселенной.