Buzz
Con người đã quan sát HD 140283 trong chòm sao Thiên Bình hơn một thế kỷ trước. Di chuyển với tốc độ 1,3 triệu km mỗi giờ, ngôi sao này được biết đến là ngôi sao lâu đời nhất trong vũ trụ và thậm chí có nhà khoa học cho rằng nó già hơn cả vũ trụ.
Năm 2000, dựa trên dữ liệu từ vệ tinh Hipparcos của Cơ quan Thiên văn Châu Âu, tuổi của ngôi sao HD140283 được ước tính lên tới 16 tỷ năm.
Con số này đặt ra một vấn đề lớn cho nhà thiên văn học, vì thời gian tồn tại của vũ trụ, được tính từ bức xạ nền vi sóng, là 13,8 tỷ năm.
Đây được biết đến là 'nghịch lý tuổi tác' trong thiên văn học. Do đó, ngôi sao này đã được đặt theo tên của Methuselah, người sống lâu nhất trong Kinh thánh - sống đến 969 tuổi.
Về cơ bản, ngôi sao này được tạo thành từ hydro và heli, với ít sắt bên trong, điều này phù hợp với tuổi thọ lâu dài của nó, khi ngôi sao này được hình thành, sắt vẫn là một nguyên tố quý hiếm trong vũ trụ. Nhưng làm thế nào một ngôi sao có thể tồn tại lâu hơn cả vũ trụ, hơn 2 tỷ năm?
Nhà thiên văn học Howard Bond từ Đại học Penn State cùng nhóm nghiên cứu của mình đã nghiên cứu sâu hơn vấn đề này. Họ đã xem xét dữ liệu từ Kính viễn vọng Không gian Hubble thu thập từ 2003 đến 2011, ghi lại vị trí, khoảng cách và năng lượng của nhiều ngôi sao.
Bằng cách sử dụng nhiều phương pháp đo lường khoa học khác nhau, các nhà khoa học hy vọng sẽ xác định chính xác hơn tuổi của Methuselah. Một trong những nguyên nhân có thể dẫn đến sai số là khoảng cách chính xác của ngôi sao.
Các nhà thiên văn học dùng khoảng cách và độ sáng biểu kiến của ngôi sao để ước tính độ sáng thực sự của nó và từ đó suy ra tuổi của ngôi sao.
Độ sáng thực tế càng cao thì ngôi sao càng trẻ. Khoảng cách tới các ngôi sao được đo bằng phương pháp thị sai, là sự thay đổi nhỏ trong vị trí của các ngôi sao được quan sát trong suốt sáu tháng khi Trái Đất ở hai vị trí đối lập trên quỹ đạo của nó.
Một nguyên nhân khác dẫn đến ước tính sai tuổi của một ngôi sao đến từ mô hình lý thuyết của nó, như tốc độ chính xác của các phản ứng hạt nhân trong lõi và sự khuếch tán vào bên trong của các nguyên tố khác nhau trong lớp vỏ bên ngoài của ngôi sao,...
Nhóm của Bond đưa ra giả thiết rằng heli trong lớp vỏ bên ngoài của ngôi sao khuếch tán sâu vào lõi hơn so với ước tính trước đó, do đó phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể đốt cháy ít hydro hơn so với ước tính trước đó và ngôi sao này có thể có tuổi đời trẻ hơn so với dự đoán.
Một nguyên nhân thứ ba là sự phong phú của oxy. Tỷ lệ oxy và sắt trong Methuselah có thể cao hơn so với dự đoán. Trong vài triệu năm đầu tiên sau khi vũ trụ hình thành, oxy cũng là một nguyên tố hiếm, do đó điều này có thể ngụ ý rằng Methuselah có tuổi đời trẻ hơn so với dự đoán trước đó.
Sau nhiều quan sát và phân tích, nhóm nghiên cứu của Bond cuối cùng ước tính độ tuổi của ngôi sao này là 14,46 tỷ năm, giảm đáng kể so với 16 tỷ năm như dự đoán trước đó. Tuy nhiên, con số này vẫn lớn hơn tuổi của vũ trụ. Tuy nhiên, ước tính này có thể chứa đựng sai số khoảng 800 triệu năm nên Bond tin rằng điều này không mâu thuẫn với lịch sử tiến hóa của vũ trụ.
Nhóm nghiên cứu của Bond sau đó công bố một nghiên cứu chi tiết hơn vào năm 2014, rút ngắn ước tính về tuổi của Methuselah xuống còn 14,27 tỷ năm, với một mức sai số khoảng 700 đến 800 triệu năm.
Tuy nhiên, Robert Matthews, một nhà vật lý tại Đại học Aston ở Birmingham, Vương quốc Anh, cảm thấy rằng vấn đề của ngôi sao này không đơn giản như vậy.
Thực tế, vào tháng 7 năm 2019, tại Hội nghị Quốc tế về Vũ trụ học ở Santa Barbara, California, Hoa Kỳ, câu hỏi về tuổi của vũ trụ một lần nữa được đặt ra.
Các nhà thiên văn học, bao gồm cả người đoạt giải Nobel năm 2011 Adam Ries, khi quan sát các thiên hà tương đối gần chúng ta, đã phát hiện ra rằng vũ trụ có thể trẻ hơn hàng trăm triệu năm so với dự đoán từ bức xạ nền vi sóng.
Khái niệm về tuổi của vũ trụ chủ yếu dựa trên hiện tượng vũ trụ giãn nở, và nghiên cứu mới này cho thấy sự giãn nở của vũ trụ diễn ra nhanh hơn khoảng 10% so với dự đoán trước đây.
Năm 2013, qua việc quan sát bức xạ nền vi sóng từ Kính thiên văn vũ trụ Planck Châu Âu, các nhà khoa học đã ước tính tuổi của vũ trụ là 13,8 tỷ năm với tốc độ giãn nở là 67,4 km/giây trên megaparsec. Tuy nhiên, các phép đo gần đây cho thấy tốc độ giãn nở phải vào khoảng 74 km/giây trên megaparsec.
Điều này có nghĩa là các phép đo hiện đại về tốc độ giãn nở của vũ trụ không khớp với các dự đoán dựa trên cơ sở lý thuyết của vũ trụ sơ khai.
Với tốc độ giãn nở là 74 km/giây trên megaparsec, vũ trụ được ước tính có tuổi là 12,7 tỷ năm. Sau năm 2019, ước tính mới nhất của tờ New York Times đã nâng hằng số này lên đến 82,4, tức là vũ trụ có thể đã có tuổi là 11,4 tỷ năm, vẫn là câu hỏi về tuổi thực sự của Methuselah vẫn còn mở.
Matthews cho rằng: 'Trong cuộc tranh luận giữa các nhà vật lý thiên văn hàng đầu và những người đồng nghiệp, tôi cảm thấy các nhà vật lý thiên văn đang hiểu sai vấn đề. Không phải vì họ không cẩn thận, mà là vì cả hai quan sát và lý thuyết cần thiết để ước tính tuổi của vũ trụ đều phức tạp hơn so với việc ước tính tuổi của các ngôi sao'.
Ông tin rằng có hai nguồn sai số có thể xảy ra trong việc ước tính tuổi của vũ trụ: một là sự tồn tại của các sai số quan sát chưa được hiểu đầy đủ, và hai là sai số trong mô hình tiến hóa của vũ trụ.
Theo kinh nghiệm từ lịch sử khoa học, thường cả hai nguồn sai số này đều có. Ông cho rằng năng lượng tối có thể thay đổi theo thời gian, một ý tưởng đã được các nhà vật lý đề xuất trước đó, và chỉ ra rằng điều này có thể tương thích với lý thuyết về lực hấp dẫn lượng tử.
Nếu đúng vậy, nghiên cứu về sóng hấp dẫn mới nhất có thể giải quyết 'nghịch lý tuổi tác'. Lần đo trực tiếp đầu tiên về sóng hấp dẫn diễn ra vào năm 2015, và vẫn còn nhiều thách thức. Nhưng các nhà vật lý thiên văn tin rằng chúng ta sẽ đạt được bước tiến mới trong thập kỷ tới. Một ý tưởng hiện nay là thu thập ánh sáng phát ra từ các cặp sao neutron va chạm để đo thời gian mất để chúng đến Trái Đất, và tính toán sóng hấp dẫn của chúng. Phương pháp này dự kiến sẽ cung cấp độ chính xác vượt trội so với phương pháp tính toán dựa trên bức xạ nền vi sóng.
Cuối cùng, bí ẩn về tuổi của Methuselah có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về hoạt động của vũ trụ. Nó có thể giải thích một số hiện tượng hấp dẫn bị bỏ qua hoặc giải thích cơ chế giãn nở của vũ trụ. Đây là một thách thức mà các nhà thiên văn học sẽ đối mặt trong những năm tới.
Nguồn: Earthlymission; Nature; NASA
