Перепись звёзд подтверждает, что возраст Вселенной составляет 13,8 млрд лет

Фото из открытых источников

Астрономы использовали возраст более 155 000 звезд в Млечном пути для независимой оценки возраста Вселенной, и их результаты могут стать хорошей новостью для стандартной космологической модели. Новое исследование было опубликовано в статье, размещенной на сервере препринтов arXiv.

Возраст Вселенной связан с расхождением, известным как «натяжение Хаббла». Существует два основных способа измерения скорости расширения Вселенной, известной как постоянная Хаббла. Первый использует космическое микроволновое фоновое излучение (КМФИ), «послесвечение» Большого взрыва, и дает определенное значение. Второй использует локальные измерения в нашем космическом окружении, включая цефеиды и сверхновые, и дает заметно большее значение.

Разница между двумя данными составляет около 9% — это несоответствие известно как «разрыв Хаббла».

Фактический возраст Вселенной зависит от этих данных: если стандартная космологическая модель (ΛCDM) с использованием данных о реликтовом излучении верна, то Вселенной около 13,8 миллиардов лет. Если локально измеренная скорость расширения применима почти на протяжении всей космической истории, то расчеты показывают, что Вселенной было бы всего около 12,5–12,9 миллиардов лет. Астрономы предложили ряд объяснений расхождения в данных Хаббла. Некоторые указывают на новую физику, которая формировала расширение Вселенной с самых ранних моментов; другие предполагают, что несоответствие является более недавним или локальным эффектом.

В этом новом исследовании группа ученых под руководством Индранила Баника из Портсмутского университета независимо рассчитала минимальный возраст Вселенной, используя самые старые звезды в галактике Млечный Путь. Подобно тому, как годичные кольца деревьев или окаменелости рассказывают геологам о прошлом Земли, старые звезды выступают в роли «окаменелостей» для Вселенной.

«Мы также можем достичь этого, изучая самые древние галактические звезды, которые служат древними «окаменелостями», рассказывающими нам об истории Вселенной», — пишут исследователи. Если астрономы обнаружат звезду возрастом 13 миллиардов лет, то Вселенная должна быть как минимум такого же возраста плюс немного больше, поскольку для образования звезд после Большого взрыва потребовалось некоторое время.

Исследователи начали с 247 103 «субгигантских» звезд — звезд, только что прошедших фазу главной последовательности, возраст которых легче точно измерить. Звезды были получены в результате наблюдений с помощью телескопа LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope) и Gaia. Исследователи очистили выборку, удалив звезды, которые не соответствовали химической структуре типичных старых звезд. После перекрестной проверки с помощью другого независимого метода у них осталась выборка из 155 600 звезд.

Проанализировав эти старейшие долгоживущие звезды в галактике Млечный Путь, команда обнаружила, что возраст самой старой звезды составляет около 13,73 миллиарда лет (с небольшой погрешностью примерно +0,18/-0,15 миллиарда лет). Эта цифра больше согласуется с предыдущими исследованиями, в которых использовались другие старые звезды и шаровые скопления, а также со стандартным космологическим предсказанием, основанным на данных реликтового излучения, предполагающим, что для образования этой звезды после Большого взрыва потребовалось бы около 200 миллионов лет.

Команда предупреждает, что пять источников неопределенности все еще могут внести ошибки в результаты. К ним относятся размер выборки, критерии качества, допущения, основанные на звездной модели, временные шкалы звездообразования и теоретические предсказания. Каждый из них ограничивает точность примерно на 0,15–0,2 млрд лет, а это значит, что ни одно отдельное улучшение не сможет существенно улучшить результат.

Тем не менее, предполагаемый возраст заметно выше, чем ожидалось, если бы противоречие Хаббла возникло из-за новых физических явлений, затронувших почти всю космическую историю. Вместо этого, оно склоняется в пользу решений, согласно которым причина противоречия Хаббла является более недавним, «поздним» явлением.

Исследователи говорят, что это может указывать на изменение характера расширения Вселенной только за последние несколько миллиардов лет, или на другие локальные эффекты, такие как наличие пустоты, из-за которой локальное расширение кажется искусственно быстрым. «В совокупности эти результаты предполагают решение проблемы хаббловского напряжения в поздней Вселенной», — объясняют они. «Другая возможность заключается в том, что хаббловское напряжение обусловлено большой локальной недоплотностью или пустотой».