据说圣经中的人物玛土撒拉活了969年。他自然也因此被认为是史上活的最久的人。所以,当人们将宇宙中已知的最古老的星星称为“玛土撒拉”时便不足为奇了。而令人惊讶的应该是“玛土撒拉”这个天体的寿命究竟能有多长——这个意义非凡的问题的答案尚未揭晓,我们现在仍在探索当中。这颗星星在宇宙诞生之前便存在了吗?你是否是一个十分热爱挖掘事情真相的人呢?
尽管我们已经对“玛土撒拉”进行了相当可靠的估算,我们仍不了解(也可能永远不会知道)宇宙的确切年龄。根据美国航空航天局(NASA)的威尔金森微波各向异性探测器(或称为WMAP),我们估算出“玛土撒拉”已经存在137.72亿年了,且其中的5900万年是不确定的。
而根据欧洲航天局的普朗克望远镜,我们又推算它的年龄为138.82亿年……除此之外,还有其他海量的估算数据分布在137.72亿年和138.82亿年之间或周围。
我们通常使用两种办法来计算宇宙的年龄:一是追踪宇宙现下膨胀的速率并一直追溯到宇宙大爆炸时期;二则是去寻找宇宙中存在时间最长的星星。第二种方法十分有效,但它仅在我们有关于星星的准确数据时才能使用。那么,我们到底该如何估算星星的年龄呢?事实上,估算一颗星的年龄和猜测一个人的岁数是截然不同的!
例如,我们能经常观察到和追踪到大多数人变老时身体上发生的变化;其他大部分动物、植物和我们已知寿命长短的生物亦然。然而,星星可不按套路出牌。从地球上视野极佳的位置观测它们,我们会发现,星星的形态在它们生命的大多数时候都是相似的,这增加了我们推算的难度。但一切皆有可能,科学家们主要通过关注聚集成团的星星来辨别它们各自的的年龄。
在知道一个紧密的星团大约在同一时间形成并由相同的物质组成后,以比较星团中各个星不同的质量和光度的方式,我们就能实现精确地估算。这是最简单的估算方法。但当星星不在星团里时,想要估算它的年龄就不是那么容易的事了。
天文学专家可以通过分析质量和光度获得一些关于主序星的迹象,除此之外还可以通过地质年代学,它需要通过恒星的颜色和旋转来计算恒星的年龄。但是使用这种方法造成的不准确性是很常见的,因为即使是很轻微的不确定性也可能造成数十亿年的计算错误。我们至少对自己的恒星很清楚,主要是因为它离我们很近(相对而言)。通过对在太阳系其他陨星中发现的放射性元素的分析,我们已经知道了太阳的年龄,大概46亿年。
已知的最老的恒星已经有了可靠准确的年龄,官方称这颗恒星为HD 140283,同时也被称作“玛士撒拉星“。天文学家知道玛士撒拉星已经一个多世纪了,他们认为玛士撒拉星源于一个较小的且数十亿年前已经被银河系吞噬的矮星系。现在,玛士撒拉星距离我们”只有“190光年,这是一个无法达到的距离,但在一个远超900亿光年的宇宙中相对较近。但奇怪的是,研究最初将玛士撒拉星的年龄定在160亿年左右,远比宇宙古老的多。
显然,这颗恒星显现出了一个问题,尤其是最近的研究旨在解决这个问题。最终将估计的年龄修正为145亿年,比之前估计的年轻了15亿年,但是仍然比整个宇宙的年龄大。目前公认的数字确实约有8亿年的误差,意味着玛士撒拉星最小的年龄界限大约在137亿年,但这仍然只是使它在其他事物一般的年龄估计范围之内。
那么,在所有恒星中,有没有可能这颗恒星比宇宙还要古老呢?最简单和最常规的回答是没有,不可能存在着一颗恒星或者其他任何东西比其所处在的宇宙更古老。根据最流行的理论,宇宙大爆炸首先是物质产生的原因,在此之前任何实物不可能脱离物质而存在。宇宙在大爆炸发生之前被认为是空洞的,所有的质量和能量集中在一个点上。但是这意味着肯定有什么地方出错了,也许是我们弄错了恒星的年龄,又或者是我们弄错了宇宙的年龄。
但是我们可以相当确定宇宙有138亿岁的年纪了吗?不,我们并不知道宇宙确切的年纪,它只是一个大众认可的大概数字。所以我们对于恒星的年纪认知一定有误吗?并非如此,玛土撒拉星球的年纪也相当的确定,因为目前已经可以尽可能准确的测量它的光度、成分和自旋的数据。它与地球之间相对确定的190光年的距离,加之科学家们对玛土撒拉星球的运行轨道有清晰而详细的了解,所以可以特别肯定它的年纪。由此我们可以有依据的预测它的主序星生命即将结束,且很快会演变成红巨星。
由于辨别恒星的年纪本身存在困难,我们很难在短期内找出技术落后带来的问题。反而可能是过去发生的一些奇怪事件使得这颗恒星看起来格外的古老。关于它看起来比实际年纪更大的现象和原因有很多。理论天体物理学家伊桑·西格尔认为,玛土撒拉星球最初很可能是一颗质量更大的恒星,之后在理论上以某种方式迅速失去质量,使其外观和成分像是一颗更为古老的恒星。又或者是它在某个时间段以某种方式吸收了一些物质,导致其显得比实际上年纪更大。
最佳的猜测是,将这些各种各样的条件相结合,使得这颗恒星呈现一个看起来不太可能的年纪。比如,最近关于恒星演化的理论也表明,氦可以更深入地扩散到恒星内核,这是一种可能会缩短恒星寿命的宇宙学假设,使它比目前预测的更年轻。或许这就是玛土撒拉星球正在发生的事?宾夕法尼亚州立大学霍华德邦德在2013年与美国宇航局合作修正了玛土撒拉星球的年纪,根据他的说法,这颗恒星的氧铁比要高于最初的设想,这一点可以有效地缩短它存在的时间。
实际上人们认为观测玛土撒拉星球的氧丰度可以进一步减小它的年纪,因为氧含量更高意味着它实际上是在宇宙存在后期诞生的。一个宇宙大爆炸之后的“舒适期”,那时宇宙富含氧气。
尽管离确凿的答案仍然有一段距离,但是我们确实有了潜在答案的开端。现在,我们必须假设我们的误差范围——目前Methulah[1]被公认的145亿年年龄有8亿年的不确定性——是正确的,这颗恒星恰好比它看起来要更年轻。如果这是真的,那么说明它很古老,但是宇宙本身没有那么古老。如果不是,那我们对于宇宙的理解可能根本就是错误的。这将是一个更大的问题,不仅仅是关乎一颗恒星的年龄。
虽然这样的悖论会引起宇宙学上的困扰,但像Methulah 的年龄问题未必就是坏事。相反,这些问题会使科学家们重新思考过往的假说,并改进用来认识周围世界的研究方法。不论导致这种异常现象的原因是什么,Methulah 就是拒绝顺从。这也正是为什么这颗恒星可能比宇宙年纪更大的原因。
相关知识
宇宙(拉丁语:universus)是时间和空间及它们所包含的行星、恒星、星系和物质和能量的所有形式所组成。
大爆炸理论是描述宇宙发展的主流宇宙学理论。根据大爆炸理论,时间和空间在137.787(±0.2)亿年前一同诞生,从此之后宇宙一直在扩张。但是整个宇宙的空间大小仍是未知的,宇宙膨胀方程指出宇宙直径至少是23万亿光年。测量可观测宇宙是可行的,目前可观测宇宙的直径大约有930亿光年。
古代希腊和印度哲学家最早提出了以地球为中心的宇宙理论模型。几个世纪以后,更精确的宇宙观测方法让尼古拉斯·哥白尼提出了日心说模型,太阳位于太阳系的中间。
艾萨克·牛顿在哥白尼的工作、约翰·开普勒的行星运动定律和第谷·布拉赫的观测的基础上,提出了万有引力定律。进一步的观测方法改进使得人们意识到太阳是银河系数千亿恒星中的一颗,而银河系是宇宙中数千亿星系中的一个。
星系中的许多恒星都拥有行星。在最大的尺度上,星系均匀的分散在各个位置,这意味着宇宙既没有边缘也没有中心。在最小的尺度上,星系分布在星系团和超星系团中,在空间中形成巨大的细丝和空洞,形成巨大的泡沫状结构。20世纪的早期研究表明宇宙有一个开端并且从此以后空间以越来越快的速度膨胀。
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本文发布于:2023-02-28 21:28:00,感谢您对本站的认可!
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