Kosmolodzy z Case Western Reserve University oraz Dartmouth College, zajmujący się ustalaniem wieku Wszechświata, skorzystali z danych z wielu różnych źródeł i ustalili, że dolna granica wieku Wszechświata jest o 1,2 miliarda lat większa niż dotychczasowe oszacowania. Nowe dane wspierają ideę istnienia ciemnej energii tworzącej około 95 procent energii Kosmosu i odpowiedzialnej za przyspieszanie jego rozszerzania się.

W pracy, która 3 stycznia ukazała się w Science Lawrence M. Krauss, profesor i kierownik katedry fizyki w Case Western Reserve University, oraz Brian Chaboyer z wydziału fizyki i astronomii w Dartmouth College ustalili, że z 95-procentowym poziomem ufności wiek Wszechświata zawiera się pomiędzy 11,2 i 20 miliardami lat.

Ich oszacowania zostały uzyskane na podstawie informacji o gromadach najstarszych gwiazd w drodze Mlecznej i poprawionych oszacowań dotyczących gwiezdnej ewolucji.

Wcześniejsze oszacowania wykonane przez grupę Kraussa w 1996 i 1997 roku umieszczały dolne ograniczenie wieku Wszechświata na 10 miliardach lat. Było to jeszcze zgodne z teorią płaskiego i zdominowanego przez materię Wszechświata.

Sposoby wyznaczania czasu od Wielkiego Wybuchu zmieniały się od 1929 roku, kiedy odkrycie rozszerzania się Wszechświata przez Edwina Hubble’a pozwoliło na określenie jego wieku na 1,5 miliarda lat. Już w tamtych czasach było to niezgodne z wiedzą na temat wieku Ziemi, który szacowano na kilka miliardów lat. W latach 80-tych badania wieku gwiazd zasugerowały, że wiek Wszechświata musi wynosić przynajmniej 16-20 miliardów lat. Niezgodność z badaniami kosmologicznymi doprowadziła do odkurzenia idei stałej kosmologicznej zaproponowanej w 1916 roku przez Alberta Einsteina. Poprawione oszacowania wieku gwiazd wykonane między innymi przez Kraussa i Chaboyera usunęły tę niezgodność.

Był to właściwy czas dla poprawienia oszacowań wieku gwiazd, gdyż pojawiła się możliwość wyznaczania wieku gromad kulistych gwiazd dzięki nowym pomiarom odległości i przesunięć ku czerwieni gwiazd supernowych.

Porównanie dolnej granicy wieku najstarszych gwiazd w naszej Galaktyce z górną granicą wieku Wszechświata wyznaczoną dzięki nowym pomiarom tempa ekspansji, dostarczyło niezależnego dowodu na istnienie ciemnej energii” – powiedział Krauss.

Dodaje on, że po raz pierwszy pogodzić można oszacowania wieku Wszechświata, jego geometrię oraz wielkoskalową strukturę.

Gromady kuliste wykorzystane w badaniach istnieją w halo otaczającym Drogę Mleczną. Uważa się, że powstały zanim większość gazu zapadła się i utworzyła galaktyczny dysk. Każda z gromad to gęsto ubita grupa licząca do miliona gwiazd. Określenie jasności gwiazd w każdej gromadzie jako funkcji ich koloru pozwala na oszacowanie ich wieku. Nowe wyniki opierają się na nowych pomiarach odległości do gromad pozwalających jednocześnie na dokładniejsze wyznaczenie jasności gwiazd.

Krauss i Chaboyer zastosowali komputerową symulację, w której ewoluowały tysiące gwiazd. Porównali wyniki z obserwowanymi rozkładami gwiazd w gromadach kulistych. Stosowali też inne metody pozwalające na wyznaczenie ich wieku. Możliwe jest to na przykład poprzez pomiar zawartości toru i uranu w gromadach kulistych. Określenie dolnej granicy wieku jest możliwe również poprzez obserwację gwiazd znajdujących się na końcu swojego żywota i wolno stygnących – białych karłów. Dostarczone przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a zdjęcia umożliwiły obserwacje słabszych gwiazd i dokładniejsze określenie wieku gromad.

Technika zastosowana przez Kraussa i Chaboyera opierała się na badaniu gwiazd ciągu głównego.

Nowo określona odległość do gromad kulistych opiera się więc na wielu metodach: badaniu białych karłów, gwiazd ciągu głównego i gwiazd typu RR Lyra.

Uczeni poprawili także swoją wiedzę dotyczącą ewolucji gwiazd. Mimo, że skupili się na określeniu granic, w których zawiera się wiek Wszechświata, Krauss stwierdził, że ich program badawczy jest częścią szerokich badań zmierzających do określenia podstawowych parametrów kosmologii.

Żyjemy w złotym wieku kosmologii obserwacyjnej, nasz obraz Wszechświata zrewolucjonizował się w ciągu ostatniej dekady. Jesteśmy w stanie określać podstawowe parametry Kosmosu, które staną się podstawą dla fizyki w XXI wieku” – powiedział Krauss.

Autor

Michał Matraszek