Po niedawnym zwiększeniu możliwości obserwacyjnych, Kosmiczny Teleskop Hubble’a (HST) odkrył najstarsze wypalone gwiazdy w Drodze Mlecznej. Obiekty te dają możliwość określenia wieku Wszechświata bez odwoływania się do pomiarów tempa jego rozszerzania się.

Gwiazdy, które obserwował HST, są białymi karłami. Ich wiek został oszacowany na 12 do 13 miliardów lat. Wcześniejsze obserwacje wykonane przez Teleskop wskazują, że pierwsze gwiazdy powstały mniej niż miliard lat po Wielkim Wybuchu. Znalezienie najstarszych gwiazd daje astronomom możliwość szacowania wieku Wszechświata.

Wcześniejsze badania przeprowadzone za pomocą Teleskopu, mówiące, że od Wielkiego Wybuchu minęło 13 do 14 miliardów lat, bazowały na pomiarach tempa rozszerzania się Wszechświata. Jednak wyznaczenie tej liczby jest dla nauki tak fundamentalnie ważne, że astronomowie poszukiwali niezależnych metod mogących sprawdzić ten wynik. “Nowe obserwacje oferują zupełnie inną metodę określenia tej wartości” – powiedział Harvey Richer z Uniwersytetu British Columbia w Kanadzie.

Nowe obserwacje, wykonane przez zespół Richera, polegały na poszukiwaniu bardzo starych gwiazd ukrytych wewnątrz gromady kulistej znajdującej się 7 tysięcy lat świetlnych od nas w kierunku gwiazdozbioru Skorpiona. Wyniki zostaną opublikowane w czasopiśmie “Astrophysical Journal Letters”.

Koncepcja nowej metody jest tak prosta, jak szacowanie, ile czasu minęło od zgaszenia ogniska poprzez mierzenie temperatury wypalonych kawałków węgla. Dla Hubble’a węglem są białe karły, wypalone pozostałości gwiazd żyjących dawniej w naszej Galaktyce.

Gorące, gęste kule węglowego popiołu, będące pozostałościami dawno wygasłych pieców, ochładzają się w dającym się przewidzieć tempie – im starszy jest biały karzeł, tym jest on chłodniejszy. Czyni to z nich doskonały zegar, który tyka prawie tak długo, jak istnieje Wszechświat.

To podejście jest bardziej godne zaufania niż ocenianie wieku najstarszych gwiazd, które wciąż się palą na skutek jądrowej fuzji, gdyż nie wymaga założeń dotyczących reakcji termojądrowych zachodzących w ich wnętrzach.

Kiedy białe karły ochładzają się, świecą coraz słabiej. Dlatego też Teleskop Hubble’a musiał wykonać wiele fotografii gromady kulistej M4. Całkowity czas ekspozycji wyniósł około 8 dni i wykonano go w okresie 67 dni. Dzięki temu udało się dostrzec najsłabsze, a co za tym idzie – najstarsze białe karły. Ich jasność określono na 30 wielkość gwiazdową, są więc one ponad miliard razy zbyt słabe, by zobaczyć je za pomocą gołych oczu.

Gromady kuliste są pierwszymi pionierami zasiedlającymi Drogę Mleczną. Wiele z nich połączyło się i zaczęło budować naszą Galaktykę miliardy lat przed powstaniem jej obecnej formy – płaskiego dysku. Do dzisiaj przetrwało 150 gromad kulistych. Znajdują się one poza dyskiem galaktycznym, w obszarze zwanym galaktycznym halo. Do obserwacji wybrano gromadę M4, gdyż jest położona najbliżej Ziemi i co za tym idzie – najsłabiej świecące białe karły mogły być dostrzeżone przez HST.

Rysunek przedstawia położenie w Drodze Mlecznej Słońca i gromady kulistej M4. Galaktyka widziana jest w płaszczyźnie swojego dysku. W otaczającym dysk galaktycznym halo znajduje się 150 gromad kulistych (zaznaczonych jako czerwone kropki).

W 1928 roku, obserwując galaktyki, Edwin Hubble zdał sobie sprawę, że Wszechświat jednorodnie się rozszerza, a to oznacza, że jego wiek jest skończony i może być oszacowany przez określenie momentu, w którym wszystkie oddalające się galaktyki znajdowały się w tym samym miejscu. Pierwsze oszacowania Hubble’a mówiły, że wiek Wszechświata to zaledwie 2 miliardy lat. W latach siedemdziesiątych seria badań umieściła liczbę w przedziale od 8 do 18 miliardów lat. Pomiary wieku najstarszych gwiazd ciągu głównego (taką “zwykłą” gwiazdą jest między innymi nasze Słońce) nie zgadzały się z dolnym krańcem tego przedziału. Gwiazdy nie mogły być starsze niż Wszechświat!

W 1997 roku impas został przełamany przez astronomów pracujących z Teleskopem Kosmicznym. Ogłosili oni nową wartość wieku Wszechświata bazującą na bardzo dokładnych pomiarach tempa jego ekspansji. Ten ładny obrazek wkrótce skomplikował się ponownie – okazało się, że szybkość rozszerzania zwiększa się na skutek oddziaływania tajemniczej “ciemnej energii”. Po uwzględnieniu jej wkładu, wiek naszego wspólnego domu określono na 13-14 miliardów lat. Ta liczba została właśnie potwierdzona w niezależny sposób poprzez obserwacje białych karłów.

Autor

Michał Matraszek