「瑪士撒拉星」之謎:宇宙中怎麼會有比宇宙本身還要古老的恆星?

2023-10-09     魅力科學君

原標題:「瑪士撒拉星」之謎:宇宙中怎麼會有比宇宙本身還要古老的恆星?

在天空中的天秤座方向,距離我們大約200光年的位置上,有一顆被編號為「HD 140283」的恆星,除了這個編號之外,它還有一個別稱——「瑪士撒拉星」(Methuselah Star),需要知道的是,「瑪士撒拉」是聖經中的一個壽命高達969歲的人物,所以從這個別稱就可以知道,它是一顆「高壽」的恆星。

「HD 140283」的質量約為太陽的0.81倍,半徑約為太陽的2.04倍,是一顆即將進入巨星階段的亞巨星,這顆恆星的視星等約為7.2等,現在的我們,只需要用普通的天文望遠鏡就可以看到它。

早在1912年的時候,「HD 140283」就被天文學家發現了,隨後的觀測數據表明,這顆恆星幾乎全是由氫和氦構成,而這也就意味著,這是一顆非常古老的恆星,這是因為在早期宇宙中,比氫和氦更重的元素極為稀有,基本上都是氫和氦這兩種元素。於是這顆古老的恆星就成了天文學家的重點關注對象,但由於觀測水平的限制,它的具體年齡卻遲遲沒有估算出來。

直到2000年,天文學家才利用歐空局的「依巴谷高精視差測量衛星」傳回的數據,首次估算出「HD 140283」形成於大約160億年前,隨後這顆異常「高壽」的恆星就有了「瑪士撒拉星」這個別稱。可以看到,這樣的估算結果是令人非常困惑的,畢竟宇宙都「只是」形成於大約138億年前,宇宙中怎麼會有比宇宙本身還要古老的恆星呢?

為了解開「瑪士撒拉星」之謎,一個由賓夕法尼亞州立大學的天文學家霍華德.邦德(Howard Bond)帶領的研究團隊,仔細分析了哈勃太空望遠鏡在2003到2011年期間的觀測數據,並通過考證多種不同的科學測量方法,最終將「瑪士撒拉星」的年齡估算為139億年。

(哈勃太空望遠鏡)

可以看到,即使按照這樣估算結果,「瑪士撒拉星」仍然是一顆比宇宙本身還要古老的恆星,這應該怎麼解釋呢?對此,該研究團隊給出的解釋是,此次估算結果存在7億年的不確定範圍,也就是說,以這樣的範圍,「瑪士撒拉星」的年齡最低可以低至132億年,這就不會與宇宙的年齡發生衝突。

但並不是所有人都認同這種說法,例如伯明罕阿斯頓大學的物理學家羅伯特·馬修斯(Robert Matthews)就對此提出了質疑,他的質疑可以簡單地概括為:這個所謂的「不確定範圍」既可以是「減法」,也可以是「加法」,而「瑪士撒拉星」的年齡則必須做「減法」才不會與宇宙的年齡發生衝突,這就顯得很是勉強。

不過在沒有更好的解釋之前,霍華德.邦德帶領的研究團隊,也勉強可以算是對「瑪士撒拉星」之謎進行了解釋。然而隨著觀測水平的日益提升,新的問題又出現了,因為天文學家發現,宇宙很可能比之前估算的更「年輕」。

簡單來講,宇宙年齡的計算來源於宇宙膨脹這一現象,現在我們觀測到的宇宙一直在膨脹,如果我們將時間回溯(就像影片倒放一樣),那麼宇宙就變成了一種持續收縮的狀態,其狀態也會發生相應的變化,比如說密度和溫度會越來越高,這可以通過相關的理論來進行描述。

假如我們將時間一直回溯,那麼到了過去的某一時間點,宇宙就會處於一種極為緻密且高溫的狀態,如果繼續回溯,那宇宙的狀態就無法用任何理論描述了,而這個時間點,就可以被認為是宇宙最初誕生的時間。

在計算宇宙年齡時,「哈勃常數」是一個重要的參數,它描述了宇宙膨脹的速率,在2013年的時候,天文學家通過普朗克太空望遠鏡對宇宙微波背景輻射的數據計算出,「哈勃常數」的數值為67.80(±0.77)公里/秒/百萬秒差距。

(普朗克太空望遠鏡)

這裡的「百分秒差距」是一個距離單位,換算下來大約是326萬光年,這個數值的意思可以簡單地理解為,宇宙中的那些遙遠的天體與我們之間的距離每增加326萬光年,其因為宇宙膨脹而遠離我們的速度就會增加大約67.8公里,「宇宙年齡約為138億年」這種廣為流傳的估算結果,其實就是基於這個數值。

然而近些年來,天文學家通過各種不同的新方法測量出,「哈勃常數」很可能比之前認為的更大,其估算值基本上都在74左右,最高可以達到82.4左右,顯而易見的是,「哈勃常數」越大,宇宙膨脹的速率就越快,其年齡也就越小,根據天文學家的計算,如果將「哈勃常數」取值為74,那宇宙的年齡就大約是127億年,而如果取值為82.4的話,宇宙的年齡更是可以低至114億年。

由此可見,根據這樣的計算結果,那麼就算「瑪士撒拉星」的年齡是132億年,它同樣也比宇宙本身還要古老,所以從這方面來講,這個謎團依然沒有解開。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-tw/d76269798bfe86548c480d1536cf9e1f.html