Ngôi sao Methuselah, còn được gọi là HD 140283, là một ngôi sao đã làm cho các nhà thiên văn học bối rối trong nhiều thập kỷ. Nó nằm cách Trái đất khoảng 190 năm ánh sáng trong chòm sao Thiên Xứng, và nó là một trong những ngôi sao cổ xưa nhất được biết đến trong vũ trụ.
Xem thêm: Ngôi Sao Lùn Trắng Kỳ Lạ Có Hai Khuôn Mặt Lần Đầu Phát Hiện Làm Các Nhà Khoa Học Bối Rối
Tuổi của ngôi sao được ước tính là hơn 14 tỷ năm, dựa trên độ sáng, nhiệt độ và thành phần hóa học của nó. Tuy nhiên, điều này gây ra một vấn đề: tuổi của chính vũ trụ chỉ khoảng 13,8 tỷ năm, theo mô hình vũ trụ học được chấp nhận rộng rãi nhất, lý thuyết Big Bang
Làm thế nào một ngôi sao có thể già hơn vũ trụ? Ngôi sao Methuselah có phải là một dị thường thách thức sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ, hay có một lỗi trong phương pháp đo lường tuổi của nó?
Chúng ta đo lường tuổi của các ngôi sao như thế nào?
Có nhiều cách để ước tính tuổi của các ngôi sao, nhưng không có cách nào hoàn hảo. Một phương pháp phổ biến là sử dụng các mô hình sao, là những phương trình toán học mô tả cách các ngôi sao tiến hóa theo thời gian.
Bằng cách so sánh các thuộc tính quan sát được của một ngôi sao, như độ sáng, màu sắc và thành phần hóa học, với các dự đoán của các mô hình này, chúng ta có thể suy ra tuổi của nó. Phương pháp này không chính xác vì có nhiều yếu tố không rõ ràng, như đặc điểm ban đầu và hiện tại của ngôi sao. Các mô hình sao cũng có thể khác nhau khi tính tuổi cho một ngôi sao.
Một cách khác để ước tính tuổi của các ngôi sao là sử dụng các cụm sao, là những nhóm sao được hình thành từ cùng một đám mây khí và bụi trong khoảng thời gian gần nhau.
Bằng cách quan sát các ngôi sao sáng nhất và nóng nhất trong một cụm, là những ngôi sao cũng chết trước tiên, chúng ta có thể ước tính tuổi của cụm.
Tuy nhiên, phương pháp này chỉ hoạt động cho các ngôi sao thuộc về cụm, điều này không phổ biến ở thiên hà.
Hơn nữa, một số cụm có thể đã trải qua các quá trình động lực học làm thay đổi thành phần và cấu trúc ban đầu của chúng, làm cho việc ước tính tuổi của chúng trở nên khó khăn hơn.
Ngôi sao Methuselah nói cho chúng ta biết gì về vũ trụ?
Ngôi sao Methuselah không thuộc về bất kỳ cụm nào; nó là một kẻ lang thang cô đơn thuộc về một số lượng ngôi sao cổ xưa được gọi là Population II. Những ngôi sao này rất nghèo kim loại, có nghĩa là chúng có rất ít lượng các nguyên tố nặng hơn hydro và heli.
Điều này cho thấy chúng hình thành rất sớm trong lịch sử của vũ trụ, trước khi nhiều thế hệ ngôi sao đã làm giàu phương tiện liên sao với các sản phẩm của phản ứng hạt nhân của chúng.
Ngôi sao Methuselah là một trong những ngôi sao nghèo kim loại nhất từng được phát hiện; nó chỉ có khoảng 1/250 lượng sắt của mặt trời của chúng ta. Điều này gợi ý rằng nó hình thành từ một đám mây khí nguyên thủy mà hầu như không bị ô nhiễm bởi các ngôi sao trước đó. Do đó, nó cung cấp một cửa sổ quý giá vào các điều kiện và quá trình tạo hình vũ trụ sớm.
Tuy nhiên, tuổi cực cao của nó cũng đặt ra những câu hỏi về tính hợp lệ của lý thuyết Big Bang, cho rằng vũ trụ bắt đầu với một điểm suy biến – một điểm có mật độ và nhiệt độ vô hạn – khoảng 13,8 tỷ năm trước. Nếu lý thuyết này là đúng, thì không có ngôi sao nào có thể già hơn vũ trụ.
Một số giải thích khả dĩ cho sự mâu thuẫn này là:
- Lý thuyết Big Bang sai hoặc không hoàn chỉnh, và vũ trụ thực sự già hơn hoặc không có khởi đầu.
- Các ước tính tuổi cho ngôi sao Methuselah sai hoặc không chính xác, và nó thực sự trẻ hơn so với những gì nó xuất hiện.
- Các ước tính tuổi cho vũ trụ sai hoặc không chính xác, và nó thực sự già hơn so với những gì nó xuất hiện.
Hầu hết các nhà thiên văn vật lý bác bỏ lựa chọn đầu tiên, vì có rất nhiều bằng chứng để ủng hộ lý thuyết Big Bang từ các nguồn khác nhau, chẳng hạn như bức xạ vi sóng phông nền (CMB), là một di tích của vũ trụ sớm; sự mở rộng của không gian; và sự phong phú của các nguyên tố nhẹ.
Lựa chọn thứ hai có khả năng hơn, vì có nhiều bất định và sai số liên quan đến việc đo lường tuổi của các ngôi sao. Ví dụ, một nghiên cứu gần đây sử dụng Kính thiên văn Hubble của NASA đã tìm ra rằng bằng cách tinh chỉnh việc đo khoảng cách đến ngôi sao Methuselah, tuổi của nó có thể giảm xuống còn 14,27 tỷ năm (cộng hoặc trừ 0,31 tỷ năm), gần hơn nhưng vẫn già hơn tuổi của vũ trụ.
Lựa chọn thứ ba cũng có thể xảy ra, vì có một số bất định và sai số liên quan đến việc đo lường tuổi của vũ trụ. Ví dụ, các phương pháp khác nhau có thể cho kết quả hơi khác nhau tùy thuộc vào cách chúng xử lý các yếu tố như năng lượng tối và vật chất tối – những chất bí ẩn chiếm phần lớn khối lượng và năng lượng trong vũ trụ nhưng bản chất và nguồn gốc của chúng là không rõ.