ستاره ای که عمر بیشتری از جهان دارد

• توسط : محبوبه خاوری
• در : ۱۳۹۹-۰۷-۲۰
• در : هوا و فضا

ستاره ای که عمر بیشتری از جهان دارد… تا به حال این موضوع را شنیده بودید؟ اما بله این موضوع حقیقت دارد!
اخترشناسان بیش از ۱۰۰ سال است که ستاره ای جالب را که در حدود ۱۹۰ سال نوری از زمین فاصله دارد و در صورت فلکی برج میزان موقعیت دارد را یافته اند؛ این ستاره با سرعت ۸۰۰۰۰۰ مایل در ساعت (۱٫۳ میلیون کیلومتر در ساعت) به دور آسمان حرکت می کند. اما جالب تر از آن، HD 140283 – یا همان متوشالاح Metususelah است که همانطور که معمولاً شناخته می شود – نیز یکی از قدیمی ترین ستاره های شناخته شده جهان است.
در سال ۲۰۰۰، دانشمندان با استفاده از مشاهدات خود از طریق ماهواره آژانس فضایی اروپا (ESA) سن متوشالاح را در حدود ۱۶ میلیارد سال تخمین زده اند؛ آن ها به دنبال این بودند تا عمر ستاره ها و اجرام این چنینی را به صورت دقیق حدس بزنند اما پیدا کردن آن کار ساده ای نیست اما همانطور که ستاره شناس هاوارد باند از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا به آن معتقد است سن جهان – که از مشاهدات زمینه مایکروویو کیهانی تعیین می شود – ۱۳٫۸ میلیارد سال قدمت دارد و این یعنی ستاره مذکور عمری بیشتری به نسبت چهان دارد و این یک حقیقت است و این ستاره در حدود دو میلیارد از کل جهان قدیمی تر است!

ستاره ای که عمر بیشتری از جهان دارد – سن جهان

با در نظر گرفتن ارزش ظاهری، سن پیش بینی شده ستاره یک مشکل اساسی را ایجاد کرده است. چگونه یک ستاره می تواند از کل جهان پیرتر باشد؟
متوشالاح یکی از شخصیت های عهد عتیق است که در میان همه شخصیت های موجود در عهد عتیق بیش از همه عمر کرد و در سن ۹۶۹ سالگی از دنیا رفت. نام ستاره متوشالاح هم از این شخصیت گرفته شده و وجه تسمیه آن ها هم عمر زیاد هر دو است.
سن ستاره متوشالاح را از روی میزان فلز کمی که در آن تشخیص داده اند؛ فلز در علم ستاره شناسی به معنای هیدروژن و هلیوم است و کم بودن آن در یک ستاره نشانه عمر بالای یک ستاره است و متوشالاح حاوی مقدار بسیار کمی از آن است و این ترکیب به این معنی است که ستاره باید قبل از اینکه آهن خیلی متداول شود به وجود آمده باشد.
اما چگونه ممکن است که یک ستاره در حدود دو میلیارد سال از کل جهان قدیمی تر باشد؟

بیایید بیشتر با متوشالاح آشنا شویم و دقیق تر آن را بشناسیم. هاوارد باند و همکارانش كشف كرده اند كه آیا این رقم اولیه ۱۶ میلیارد دقیق بوده یا نه. آنها بیش از ۱۱ مجموعه از مشاهدات را که بین سالهای ۲۰۰۳ تا ۲۰۱۱ توسط حسگرهای راهنمایی تلسکوپ فضایی هابل ثبت شده بود، ثبت کردند که به موقعیت ها، مسافت ها و تولید انرژی ستاره ها می پردازد.
یکی از ابهامات مربوط به سن HD 140283، فاصله دقیق این ستاره بود و دانستن آن مهم بود زیرا با استفاده از آن ما می توان درخشندگی آن را بهتر تشخیص داد و از طریق آن سن آن را نیز مشخص کرد؛ بر این اساس که هر چه یک ستاره درخشان تر باشد ان گاه جوان تر و کم سن تر خواهد بود. هاوارد باند و تیم تحقیقاتی اش نزدیک به شش ماه ستاره متوشالاح را مورد مشاهده پیوسته قرار دادند و در کار آن که به دنبال تعیین میزان فاصله این ستاره با ما زمین بودند سعی می کردند تا تغییر موقعیت آن در اثر حرکت مداری کره زمین را بیابند.

ستاره ای که عمر بیشتری از جهان دارد – سن جهان

هاوارد باند در این باره می گوید: ” در مدل سازی نظری ستاره ها عدم قطعیت هایی از قبیل میزان دقیق واکنش های هسته ای در هسته و اهمیت عناصر پراکنده در لایه های بیرونی وجود دارد. ما بر روی این ایده کار کردیم که هلیوم باقیمانده در اعماق هسته عمیق تر است و باعث می شود هیدروژن کمتری از طریق همجوشی هسته ای سوزانده شود و بنابرین با استفاده از سوخت سریعتر، سن کم می شود.
عامل مهم دیگری که باید آن را بررسی می کردیم تعیین میزان اکسیژن ستاره متوشالاح بود؛ این ستاره از اکسیژن بیشتری به نسبت آهن برخوردار بود اما به طور کلی اکسیژن چند میلیون سال در جهان کمیاب بود وجود آن حاکی از سن پایین ستاره ها است. زیرا ستاره هایی که حاوی مقادیر بالای اکسیژن هستند در سال های بعدی ایجاد شده اند.

بیشتر بخوانید : ستاره نوترونی چیست؟

در نهایت باند و همكارانش سن HD 140283 را معادل ۱۴/۴۶ ميليارد سال تخمين زدند که البته عقب گرد قابل توجهی در تخمین اولیه آن یعنی ۱۶ میلیارد سال بود محسوب می شود اما عدد ۱۴/۴۶ هم غیر قابل چشم پوشی است زیرا باز هم بیشتر از سن کنونی جهان که حدود ۱۳ میلیارد است به حساب می آید و دانشمندان تخمین می زنند که این اختلاف ۸۰۰ میلیون سال باشد که باز هم عددی چشم گیر است.

ستاره ای که عمر بیشتری از جهان دارد – سن جهان

رابرت متیوز، فیزیکدان دانشگاه استون در بیرمنگام انگلستان که درگیر این مطالعات است معتقد است که البته این تخمین به طور قطع دقیق نیست و همیشه در آن خطا و تصادف وجود دارد و همپوشانی در میله های خطا نشانگر احتمال درگیری با تعیین سن کیهان شناسی است. به عبارت دیگر ، بهترین سن پشتیبانی شده ستاره با سن مشتق شده جهان [مطابق با پیشینه مایکروویو کیهانی] در تعارض است و درگیری فقط با فشار دادن میله های خطا به حد شدید آنها می رسد.”

با کمی این سو و آن سو چیدن اعداد می توان گفت سن متوشالاح یا سن HD 140283 کمی بیشتر از جهان است. مطالعات بیشتر در سال ۲۰۱۴ این گونه تخمین می زند که سن نسبتاً دقیق متوشالاح ۱۴٫۲۷ است. بنابرین اگر عمر ستاره متوشالاح را ۱۴ میلیارد در نظر بگیریم پس خطای اندازه گیری ما در تعیین سن ستاره ای که عمری بیش از کل جهان دارد چیزی در حدود ۷۰۰ یا ۸۰۰ میلیون سال است بنابراین هیچ تعارضی در این بین وجود ندارد زیرا ۱۳٫۸ میلیارد سال در نوار خطای ستاره قرار گرفته است.

ستاره ای که عمر بیشتری از جهان دارد – سن جهان

نگاهی دقیق تر به عمر جهان

بی شک شباهت های میان جهان و ستاره متوشالاح که هر دو با روش های مختلفی از تجزیه و تحلیل مشخص شده اند یک دستاورد بزرگ علمی است که بیش از بیش بر قطعیت نظریه بیگ بنگ یا انفجار بزرگ (مهابنگ) است و مهر تاییدی را بر این نظریه می زند و نشان می دهد که بیش از گذشته می توان به تئوری بیگ بنگ اعتماد کرد. حالا و در این زمان که به سن نسبتاً دقیق ستاره کهن متوشالاح رسیدیم معیاری داریم که با آن عمر باقی چیز ها در جهان را بسنجیم.
در دهه ۹۰ میلادی عمر این ستاره در حدود ۱۸ میلیارد و در مواردی حتی تا ۲۰ میلیارد پیش بینی می شد ما امروزه ما می دانیم که این اعداد صحیح نیست و بر اساس عمر به دست متوشالاح ( که ۱۴ میلیارد ) است می توانیم عمر سایر اجرام قدیمی جهان را را بیابیم.

ستاره ای که عمر بیشتری از جهان دارد – سن جهان

با این حال متیوز معتقد است هنوز این مشکل برطرف نشده است. اخترشناسان در یک کنفرانس بین المللی کیهان شناسانی در انستیتوی فیزیک نظری کاولی در سانتا باربارای کالیفرنیا، در ژوئیه سال ۲۰۱۹ با مطالعه کلیه بررسی هایی که در خصوص سن ستاره متوشالاح صورت گرفته است از تخمین بی شمار اعدادی که به عنوان سن این ستاره شگفت زده شده بودند. آن های سعی می کنند به اندازه گیری کهکشان هایی بپردازند که در همان نزدیکی هستند و نشان می دهند که جهان در مقایسه با سن تعیین شده با پیشینه مایکروویو کیهانی صدها میلیون سال جوان تر است.

در حقیقت جدای از سن ستاره متوشالاح (یعنی  ۱۳٫۸ میلیارد سال سن) همان طور که از اندازه گیری دقیق تلسکوپ فضایی اروپا -پلانک- از تابش کیهانی در سال ۲۰۱۳ برآورد شده است جهان ممکن است به اندازه ۱۱٫۴ میلیارد سن داشته باشد. یکی از کسانی که به این موضوع معتقد است آدام ریس Adam Riess از موسسه علوم تلسکوپ فضایی در بالتیمور دانشگاه مریلند آمریکا است که برنده جایزه نوبل است.

بیشتر بخوانید : آشنایی با چهار نیروی بنیادی طبیعت

بر اساس ایده جهان در حال گسترش که توسط ادوین هابل در سال ۱۹۲۹ مطرح شد و به ثابت هابل مشهور است عمر ستاره متوشالاح برای اثبات تئوری بیگ بنگ موثر است زیرا نشان می دهد که جهان ابتدا توده ای متراکم و داغ بوده که بعد ها منفجر شده است و این نقطه شروع را نشان می دهد که باید قابل اندازه گیری باشد اما یافته های تازه نشان می دهد که نرخ انبساط در واقع حدود ۱۰٪ بالاتر از موردی است که توسط پلانک پیشنهاد شده است.

ستاره ای که عمر بیشتری از جهان دارد – سن جهان

در واقع تیم پلانک تعیین کرد که سرعت انبساط ۶۷٫۴ کیلومتر در ثانیه در هر مگاپارس است اما اندازه گیری های اخیر گرفته شده از میزان گسترش جهان به مقادیر ۷۳ یا ۷۴ اشاره دارد. این بدان معنی است که بنابرین بین اندازه گیری سرعت جهان در حال گسترش و پیش بینی اینکه چقدر این میزان سربع است اختلاف نظر وجود دارد و همین موضوع سبب می شود که  ارزیابی های مجدد از تئوری های پذیرفته شده صورت بپذیرد؛ در این میان نکته دیگری هم وجود دارد و آن این است که هنوز یادگیری ما در خصوص ماده تاریک و انرژی تاریک محدود است و هنوز هم چیزهایی زیادی وجودد دارند که باید در خصوص آن یاد بگیریم.
به طور کلی مقدار بالاتر برای هابل ثابت نشانگر سن کمتر برای جهان است. ثابت ۶۷٫۷۴ کیلومتر در ثانیه در هر مگاپارس منجر به سن ۱۳٫۸ میلیارد سال می شود در حالی که مقدار ۷۳ یا حتی ۷۷ همان طور که برخی از مطالعات نشان داده اند، نشان دهنده این است که عمر جهان بیش از ۱۲٫۷ میلیارد سال نیست. لذا همین عدم تطابق است که بار دیگر نشان می دهد که متوشالاح یا HD 140283 از جهان قدیمی تر است. مطالعه ای نیز اخیراً در سال ۲۰۱۹ در این خصوص است که در مجله ساینس Science منتشر شده است و ۸۲٫۴ هابل ثابت را پیشنهاد می کند – که نشان می دهد سن جهان فقط ۱۱٫۴ میلیارد سال است.

ستاره ای که عمر بیشتری از جهان دارد – سن جهان

متیوز معنقد است که جواب ها در پالایش بیشتر کیهان شناسی قرار دارند. وی با اشاره به اینکه اندازه گیری های ستارگان شاید دقیق تر باشد گفت: “من گمان می کنم که کیهان شناسان در تحقیقات خود دچار یک سری تناقض ها و پارادوکس ها شده اند و این به خاطر این نیست که دانش در این زمینه محدود است بلکه به این خاطر است که خیلی ساده ما اشتباه کرده ایم! و چرا اشتیاه کرده ایم؟ چون  تعیین سن جهان بیشتر از آن که مبتنی بر دقایق علمی باشد مبتنی بر یک سری فرضیات است. ما می گوییم اگر چنین باشد پس عمر جهان آنقدر است و اگر آن چنین است عمر جهان اینقدر… می بینید؟! همچی مبتنی بر چنین و چنان ها و اگر ها است و همین است که کار ما را دشوار می کند.”

ستاره ای که عمر بیشتری از جهان دارد – سن جهان

بنابراین دانشمندان چگونه این موضوع را تشخیص می دهند؟ چه چیزی باعث می شود جهان به طور بالقوه جوان تر از این ستاره خاص به نظر برسد؟

متیوز می گویند: “دو گزینه وجود دارد و تاریخ علم نشان می دهد كه در چنین مواردی واقعیت آمیزه ای از هر دو است. در یک مورد می توان گفت که خطای مشاهده ای رخ داده است؛ بعلاوه برخی شکاف ها در تئوری دینامیک جهان، مانند قدرت ماده تاریک که محرک اصلی گسترش کیهانی بوده است در این میان مطرح هستند.” متیوز بعلاوه برخی شکاف ها در تئوری دینامیک جهان، مانند قدرت انرژی تاریک که محرک اصلی گسترش کیهانی بوده است. ”
متیوز این احتمال را مطرح می كند كه “پارادوكس سن” فعلی تغییر در زمان انرژی تاریك را منعكس می کند و بنابراین تغییر در سرعت شتاب – فرصتی كه نظریه پردازان یافته اند ممكن است با عقایدی درباره ماهیت بنیادی گرانش همراه باشد؛ متیوز می گوید تحقیقات جدید در مورد امواج گرانشی می تواند به رفع این پارادوکس کمک کند.

ستاره ای که عمر بیشتری از جهان دارد – سن جهان

برای انجام این کار دانشمندان به جای تکیه بر زمینه مایکروویو کیهانی یا نظارت بر اشیاء اطراف مانند متغیرهای Cepheid و ابرنواخترها برای سنجش حباب ثابت، به پارچه های فضا و زمان ایجاد شده توسط جفت ستاره های مرده نگاه می کنند – اولی به سرعت ۶۷ کیلومتر در ثانیه در هر مگاپارس و دومی به سرعت ۷۳ منجر شد- اما مشکل این است که اندازه گیری امواج گرانشی کار ساده ای نیست و این موضوع برای اولین بار در سال ۲۰۱۵ برای اولین بار به طور مستقیم تشخیص داده شد. بنابرین در دهه آینده ایده جمع آوری داده ها از برخورد بین جفت ستاره های نوترونی با استفاده از نور مرئی است که می تواند در روشن شدن بسیاری از مسائل کمک کند و لذا باید تا آن زمان صبور بود و منتظر رخداد های بعدی بود؛ تا آن زمان ب نظر می رسد که بهترین کار این است که یک سری بازنگری هایی در مسائل و تئوری های بنیادین صورت بپذیرد که البته مهم ترین آن بازنگری در تجزیه و تحلیل های ما در مسئله موج های گرانشی است که یکی از فاکتور های مهم در اندازه گیری ثابت هابل است.

ستاره ای که عمر بیشتری از جهان دارد – سن جهان

اما به طور قطع – حتی اگر به سن دقیق متوشالاح یا HD 140283 پی نبرده باشیم – رمز و راز سن این ستاره پیر یک مزیت بزرگ و انکار نشدنی داشت و آن هم این بود که درک ما را از نحوه عملکرد جهان به طرز چشم گیری تغییر داد و یک نتیجه کلی را برای ما رقم زد که آن این است که جهان از آن چه که فکرش را می کردیم بسیار پیچیده تر است.
متیوز می گوید: “محتمل ترین توضیح مربوط به این پارادوكس این است که برخی از اثرات مشاهده ای نادیده گرفته شده اند و یا چیز بزرگی وجود دارد که هنوز کشفش نکرده ایم… موضوعی که شاید همان حلقه مفقوده ای باشد که این پارادوکس را حل می کند.”