看!這顆恒星,它會(huì)比宇宙更古老嗎?
據(jù)說圣經(jīng)中的人物瑪土撒拉活了969年。他自然也因此被認(rèn)為是史上活的最久的人。所以,當(dāng)人們將宇宙中已知的最古老的星星稱為“瑪土撒拉”時(shí)便不足為奇了。而令人驚訝的應(yīng)該是“瑪土撒拉”這個(gè)天體的壽命究竟能有多長——這個(gè)意義非凡的問題的答案尚未揭曉,我們現(xiàn)在仍在探索當(dāng)中。這顆星星在宇宙誕生之前便存在了嗎?你是否是一個(gè)十分熱愛挖掘事情真相的人呢?
盡管我們已經(jīng)對(duì)“瑪土撒拉”進(jìn)行了相當(dāng)可靠的估算,我們?nèi)圆涣私猓ㄒ部赡苡肋h(yuǎn)不會(huì)知道)宇宙的確切年齡。根據(jù)美國航空航天局(NASA)的威爾金森微波各向異性探測(cè)器(或稱為WMAP),我們估算出“瑪土撒拉”已經(jīng)存在137.72億年了,且其中的5900萬年是不確定的。
而根據(jù)歐洲航天局的普朗克望遠(yuǎn)鏡,我們又推算它的年齡為138.82億年……除此之外,還有其他海量的估算數(shù)據(jù)分布在137.72億年和138.82億年之間或周圍。
我們通常使用兩種辦法來計(jì)算宇宙的年齡:一是追蹤宇宙現(xiàn)下膨脹的速率并一直追溯到宇宙大爆炸時(shí)期;二則是去尋找宇宙中存在時(shí)間最長的星星。第二種方法十分有效,但它僅在我們有關(guān)于星星的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)時(shí)才能使用。那么,我們到底該如何估算星星的年齡呢?事實(shí)上,估算一顆星的年齡和猜測(cè)一個(gè)人的歲數(shù)是截然不同的!
例如,我們能經(jīng)常觀察到和追蹤到大多數(shù)人變老時(shí)身體上發(fā)生的變化;其他大部分動(dòng)物、植物和我們已知壽命長短的生物亦然。然而,星星可不按套路出牌。從地球上視野極佳的位置觀測(cè)它們,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),星星的形態(tài)在它們生命的大多數(shù)時(shí)候都是相似的,這增加了我們推算的難度。但一切皆有可能,科學(xué)家們主要通過關(guān)注聚集成團(tuán)的星星來辨別它們各自的的年齡。
在知道一個(gè)緊密的星團(tuán)大約在同一時(shí)間形成并由相同的物質(zhì)組成后,以比較星團(tuán)中各個(gè)星不同的質(zhì)量和光度的方式,我們就能實(shí)現(xiàn)精確地估算。這是最簡(jiǎn)單的估算方法。但當(dāng)星星不在星團(tuán)里時(shí),想要估算它的年齡就不是那么容易的事了。
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天文學(xué)專家可以通過分析質(zhì)量和光度獲得一些關(guān)于主序星的跡象,除此之外還可以通過地質(zhì)年代學(xué),它需要通過恒星的顏色和旋轉(zhuǎn)來計(jì)算恒星的年齡。但是使用這種方法造成的不準(zhǔn)確性是很常見的,因?yàn)榧词故呛茌p微的不確定性也可能造成數(shù)十億年的計(jì)算錯(cuò)誤。我們至少對(duì)自己的恒星很清楚,主要是因?yàn)樗x我們很近(相對(duì)而言)。通過對(duì)在太陽系其他隕星中發(fā)現(xiàn)的放射性元素的分析,我們已經(jīng)知道了太陽的年齡,大概46億年。
已知的最老的恒星已經(jīng)有了可靠準(zhǔn)確的年齡,官方稱這顆恒星為HD 140283,同時(shí)也被稱作“瑪士撒拉星“。天文學(xué)家知道瑪士撒拉星已經(jīng)一個(gè)多世紀(jì)了,他們認(rèn)為瑪士撒拉星源于一個(gè)較小的且數(shù)十億年前已經(jīng)被銀河系吞噬的矮星系?,F(xiàn)在,瑪士撒拉星距離我們”只有“190光年,這是一個(gè)無法達(dá)到的距離,但在一個(gè)遠(yuǎn)超900億光年的宇宙中相對(duì)較近。但奇怪的是,研究最初將瑪士撒拉星的年齡定在160億年左右,遠(yuǎn)比宇宙古老的多。
顯然,這顆恒星顯現(xiàn)出了一個(gè)問題,尤其是最近的研究旨在解決這個(gè)問題。最終將估計(jì)的年齡修正為145億年,比之前估計(jì)的年輕了15億年,但是仍然比整個(gè)宇宙的年齡大。目前公認(rèn)的數(shù)字確實(shí)約有8億年的誤差,意味著瑪士撒拉星最小的年齡界限大約在137億年,但這仍然只是使它在其他事物一般的年齡估計(jì)范圍之內(nèi)。
那么,在所有恒星中,有沒有可能這顆恒星比宇宙還要古老呢?最簡(jiǎn)單和最常規(guī)的回答是沒有,不可能存在著一顆恒星或者其他任何東西比其所處在的宇宙更古老。根據(jù)最流行的理論,宇宙大爆炸首先是物質(zhì)產(chǎn)生的原因,在此之前任何實(shí)物不可能脫離物質(zhì)而存在。宇宙在大爆炸發(fā)生之前被認(rèn)為是空洞的,所有的質(zhì)量和能量集中在一個(gè)點(diǎn)上。但是這意味著肯定有什么地方出錯(cuò)了,也許是我們弄錯(cuò)了恒星的年齡,又或者是我們弄錯(cuò)了宇宙的年齡。
但是我們可以相當(dāng)確定宇宙有138億歲的年紀(jì)了嗎?不,我們并不知道宇宙確切的年紀(jì),它只是一個(gè)大眾認(rèn)可的大概數(shù)字。所以我們對(duì)于恒星的年紀(jì)認(rèn)知一定有誤嗎?并非如此,瑪土撒拉星球的年紀(jì)也相當(dāng)?shù)拇_定,因?yàn)槟壳耙呀?jīng)可以盡可能準(zhǔn)確的測(cè)量它的光度、成分和自旋的數(shù)據(jù)。它與地球之間相對(duì)確定的190光年的距離,加之科學(xué)家們對(duì)瑪土撒拉星球的運(yùn)行軌道有清晰而詳細(xì)的了解,所以可以特別肯定它的年紀(jì)。由此我們可以有依據(jù)的預(yù)測(cè)它的主序星生命即將結(jié)束,且很快會(huì)演變成紅巨星。
由于辨別恒星的年紀(jì)本身存在困難,我們很難在短期內(nèi)找出技術(shù)落后帶來的問題。反而可能是過去發(fā)生的一些奇怪事件使得這顆恒星看起來格外的古老。關(guān)于它看起來比實(shí)際年紀(jì)更大的現(xiàn)象和原因有很多。理論天體物理學(xué)家伊?!の鞲駹栒J(rèn)為,瑪土撒拉星球最初很可能是一顆質(zhì)量更大的恒星,之后在理論上以某種方式迅速失去質(zhì)量,使其外觀和成分像是一顆更為古老的恒星。又或者是它在某個(gè)時(shí)間段以某種方式吸收了一些物質(zhì),導(dǎo)致其顯得比實(shí)際上年紀(jì)更大。
最佳的猜測(cè)是,將這些各種各樣的條件相結(jié)合,使得這顆恒星呈現(xiàn)一個(gè)看起來不太可能的年紀(jì)。比如,最近關(guān)于恒星演化的理論也表明,氦可以更深入地?cái)U(kuò)散到恒星內(nèi)核,這是一種可能會(huì)縮短恒星壽命的宇宙學(xué)假設(shè),使它比目前預(yù)測(cè)的更年輕。或許這就是瑪土撒拉星球正在發(fā)生的事?賓夕法尼亞州立大學(xué)霍華德邦德在2013年與美國宇航局合作修正了瑪土撒拉星球的年紀(jì),根據(jù)他的說法,這顆恒星的氧鐵比要高于最初的設(shè)想,這一點(diǎn)可以有效地縮短它存在的時(shí)間。
實(shí)際上人們認(rèn)為觀測(cè)瑪土撒拉星球的氧豐度可以進(jìn)一步減小它的年紀(jì),因?yàn)檠鹾扛咭馕吨鼘?shí)際上是在宇宙存在后期誕生的。一個(gè)宇宙大爆炸之后的“舒適期”,那時(shí)宇宙富含氧氣。
盡管離確鑿的答案仍然有一段距離,但是我們確實(shí)有了潛在答案的開端?,F(xiàn)在,我們必須假設(shè)我們的誤差范圍——目前Methuselah[1]被公認(rèn)的145億年年齡有8億年的不確定性——是正確的,這顆恒星恰好比它看起來要更年輕。如果這是真的,那么說明它很古老,但是宇宙本身沒有那么古老。如果不是,那我們對(duì)于宇宙的理解可能根本就是錯(cuò)誤的。這將是一個(gè)更大的問題,不僅僅是關(guān)乎一顆恒星的年齡。
雖然這樣的悖論會(huì)引起宇宙學(xué)上的困擾,但像Methuselah 的年齡問題未必就是壞事。相反,這些問題會(huì)使科學(xué)家們重新思考過往的假說,并改進(jìn)用來認(rèn)識(shí)周圍世界的研究方法。不論導(dǎo)致這種異?,F(xiàn)象的原因是什么,Methuselah 就是拒絕順從。這也正是為什么這顆恒星可能比宇宙年紀(jì)更大的原因。
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相關(guān)知識(shí)
宇宙(拉丁語:universus)是時(shí)間和空間及它們所包含的行星、恒星、星系和物質(zhì)和能量的所有形式所組成。
大爆炸理論是描述宇宙發(fā)展的主流宇宙學(xué)理論。根據(jù)大爆炸理論,時(shí)間和空間在137.787(±0.2)億年前一同誕生,從此之后宇宙一直在擴(kuò)張。但是整個(gè)宇宙的空間大小仍是未知的,宇宙膨脹方程指出宇宙直徑至少是23萬億光年。測(cè)量可觀測(cè)宇宙是可行的,目前可觀測(cè)宇宙的直徑大約有930億光年。
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古代希臘和印度哲學(xué)家最早提出了以地球?yàn)橹行牡挠钪胬碚撃P?。幾個(gè)世紀(jì)以后,更精確的宇宙觀測(cè)方法讓尼古拉斯·哥白尼提出了日心說模型,太陽位于太陽系的中間。
艾薩克·牛頓在哥白尼的工作、約翰·開普勒的行星運(yùn)動(dòng)定律和第谷·布拉赫的觀測(cè)的基礎(chǔ)上,提出了萬有引力定律。進(jìn)一步的觀測(cè)方法改進(jìn)使得人們意識(shí)到太陽是銀河系數(shù)千億恒星中的一顆,而銀河系是宇宙中數(shù)千億星系中的一個(gè)。
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星系中的許多恒星都擁有行星。在最大的尺度上,星系均勻的分散在各個(gè)位置,這意味著宇宙既沒有邊緣也沒有中心。在最小的尺度上,星系分布在星系團(tuán)和超星系團(tuán)中,在空間中形成巨大的細(xì)絲和空洞,形成巨大的泡沫狀結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)的早期研究表明宇宙有一個(gè)開端并且從此以后空間以越來越快的速度膨脹。
?by:CX330_,西瓜,楊帆,楊建HULALA