Самые старые звезды Галактики помогли уточнить возраст Вселенной

Исследователи из Болонского университета и Потсдамского астрофизического института Лейбница (AIP) совместно с другими институтами предложили новый взгляд на проблему хаббловского напряжения. Вместо прямого сравнения темпов расширения Вселенной они сосредоточились на оценках ее возраста. Используя прецизионные данные о звездах, они определили возраст тщательно отобранных древнейших звезд Млечного Пути — он составил около 13,6 миллиарда лет.

В рамках стандартной космологической модели этот показатель вступает в противоречие с представлениями о более молодой Вселенной, которые следуют из измерений скорости расширения по цефеидам и сверхновым. Зато хорошо согласуется с более почтенным возрастом, выводимым из наблюдений реликтового излучения. Тем самым исследование добавляет новую грань в дискуссию о напряжении Хаббла.

Смена ракурса в споре о постоянной Хаббла

Один из самых острых вопросов современной космологии — значение постоянной Хаббла, меры нынешней скорости расширения Вселенной. Разные традиционные методы дают несовпадающие результаты — и никакого внятного объяснения этому пока нет. Исследование в журнале Astronomy & Astrophysics предлагает альтернативу существующим подходам. Вместо поиска расхождений непосредственно в скорости расширения, проблему переформулировали как «возрастное напряжение».

Космологические модели связывают нынешнюю скорость расширения Вселенной с ее возрастом напрямую: более высокая постоянная Хаббла означает более молодую Вселенную, и наоборот. Два ключевых измерения постоянной Хаббла, которые сейчас противоречат друг другу — по цефеидам и сверхновым в современной Вселенной и по реликтовому излучению из ранней — соответствуют космическому возрасту примерно в 13 и 14 миллиардов лет соответственно. Какой же ближе к истине?

Самые старые звезды как часы

Вселенная не может быть моложе самых старых звезд в ней. Следовательно, если с высокой точностью измерить возраст древнейших звезд нашей Галактики, можно узнать надежный нижний предел возраста Вселенной.

В основе работы, объединившей космологию и звездную археологию, лежал уже существовавший каталог звездных возрастов из предыдущего исследования AIP. В нем точный возраст определялся путем сопоставления множества данных о яркости, положении и расстоянии более чем 200 000 звезд Млечного Пути. Сведения высокого качества были взяты из третьего выпуска миссии ESA Gaia, в котором представлены исключительно точные параллаксы и спектры большого числа близлежащих звезд.

Gaia уточняет возраст Вселенной

Из этого обширного массива данных была составлена тщательно вычищенная выборка самых старых звезд с наиболее надежными оценками возраста. Упор делался на качество, а не на количество: отбирались только те звезды, чей возраст можно было надежно определить с помощью кода StarHorse, и отсеивались потенциально «испорченные» объекты.

Итог: для финальной выборки примерно из 100 звезд наиболее вероятный возраст составил около 13,6 миллиарда лет.

Это слишком много, чтобы согласоваться с возрастом Вселенной, выведенным из наблюдений цефеид и сверхновых (если только не менять другие параметры космологических моделей), зато отлично ложится в русло возраста, определяемого по реликтовому излучению.

«Эта работа прекрасно показывает, как объединение знаний из разных областей может открыть новые окна в фундаментальные вопросы. Измерение возраста звезд само по себе — сложнейшая задача, но мы живем в эпоху, когда количество и качество доступных данных позволяют достичь беспрецедентной точности и впервые получить статистически значимые результаты. С выходом следующего каталога Gaia звездные возрасты могут стать фундаментальным репером для космологии», — говорит Елена Томазетти из Болонского университета, первый автор исследования.

«Благодаря Gaia Млечный Путь по-настоящему превратился в ближнепольную космологическую лабораторию. Мы уже можем оценивать звездные возрасты с невиданной прежде точностью. Следующим прорывом станет повышение достоверности⁠ — мы сможем привязать временну́ю шкалу Галактики с куда большей определенностью. Космическая миссия HAYDN, в которой участвует AIP, нацелена как раз на этот решающий шаг», — добавляет Кристина Кьяппини из AIP.

Что это значит для будущего космологии

Хотя из-за остающихся неопределенностей в оценках звездного возраста эти результаты пока нельзя считать окончательными, они дают важный независимый ориентир в спорах о хаббловском напряжении. Одновременно они подчеркивают потенциал космологии ближнего поля и, в частности, исследований в AIP для решения фундаментальных космологических вопросов с помощью древнейших «ископаемых» Млечного Пути. С четвертым выпуском данных Gaia ожидается новый значительный прогресс, а с ним — и еще более строгие ограничения на возраст Вселенной и значение постоянной Хаббла.