Lov na Metuzalema

Najstarija zvijezda u čitavom svemiru zove se Metuzalem i nalazi se blizu nas, u zviježđu Vage. Ovo je priča o njoj i zagonetkama kojima je zbunjivala astronome.

Položaj zvijezde HD 140283 Metuzalema
Članak
0Komentari
Broj otvaranja774

U ovo vrijeme koronavirusa, taman se potrefilo da sam na godišnjem odmoru. Kod kuće, naravno. I tako ja smišljam što bih na večer mogao snimati iz svoje zvjezdarnice Apollo, kad na Facebooku vidim nekakvu objavu o najstarijoj zvijezdi u svemiru. Kako u zadnje vrijeme ljudi tamo svašta objavljuju, odlučio sam to malo pomnije istražiti. I što se ispostavilo? Zaista postoji ta nekakva najstarija zvijezda u svemiru. Mislim, pa normalno da postoji, jedna od svih mora biti najstarija. Ali gdje je? I nećete vjerovati, ona nam je pred samim nosom. Naravno, u svemirskim razmjerima. Udaljena je od nas samo 190 svjetlosnih godina.


Dobro, na Internetu se mogu pronaći različite vrijednosti njezine udaljenosti, no ja sam uzeo onu koju sam našao na NASA-inim stranicama. Nerado koristim podatke s Wikipedije jer njih tamo mogu upisati svi koji žele i onda ispadne da to nije točno. Zato se priklanjam podacima koje su službeno objavile institucije koje se njima i bave. Mislio sam, pa to je sjajno, zvijezda nam je blizu, u dohvatu je mojih teleskopa pa zašto ju ne bih pokušao snimiti. Ne može se svatko pohvaliti da je snimio najstariju zvijezdu u svemiru. Ako sam mogao snimiti najcrveniju zvijezdu u svemiru, uz nju bi, kao još jedan trofej, odlično stajala i najstarija zvijezda.

R Leporis / Hinds's Crimson, najcrvenija zvijezda na nebu, 8.2.2020.

A gdje se točno nalazi? Njezin položaj je u zviježđu Vage, a magnituda joj je 7,21m. Više ili manje, opet različiti podaci na Internetu. No, to uopće nije važno (tog trenutka za mene, ali inače vrlo važan podatak) jer koje god magnitude od njih bila, u dometu je mojih teleskopa. I tako sam odlučio tog dana, kada padne mrak, otići u lov na Metuzalema, zvijezdu HD 140283, najstariju zvijezdu u svemiru. Napisao sam to u mailu mojem astronomskom kolegi Aleksandru Zorkiću, glavnom uredniku Astronomskog magazina, a on se "uhvatio na udicu" i rekao da ne zna koja je to zvijezda. I tu je sve počelo.

Zahvaljujući tome, pred vama je najzanimljiviji članak o toj zvijezdi koji sam ja ikada vidio. Dogovorili smo se da ću ja snimiti zvijezdu, a on će pitati neke od znanstvenika u Srbiji što imaju za reći o tome da je ta zvijezda, ponekada, čak i starija od samog svemira. Da, da, podaci koji su dobiveni mjerenjima ukazivali su na to da bi ta zvijezda mogla biti starija i od samog svemira. A kako to naravno, nije moguće, bilo je vrijedno istražiti kako je moguće da su rezultati mjerenja to tako pokazivali. I eto, pred vama je članak koji jasno objašnjava tu problematiku i otkriva pravu istinu o Metuzalemu, najstarijoj zvijezdi u čitavom svemiru.

Zvijezda HD 140283, poznata kao zvijezda Metuzalem, najstarija je zvijezda u svemiru, 07.04.2020.
Prvi snimak

A ja sam te noći kao i još jedne naknadne, snimio "nebeskog starkelju" Metuzalema. Slika je pred vama pa si pogledajte kako izgleda. Ako malo pomnije pogledate, zadržite pogled malo dulje, malo škiljite kroz kapke, nagnete glavu lijevo pa onda desno, vidjet ćete da zbilja izgleda kao najstarija zvijezda. I što ju dulje gledate ona postaje sve starija. Ne vjerujete? Pokušajte! ;-)



Metušalah ili Metuzalem je lik iz Biblije, on je najstarija osoba spomenuta u Bibliji, te se njegovo ime rabi kao sinonim za nekoga tko je vrlo star. U Bibliji se navodi kako je doživio 969 godina.

Kako su astronomi odredili starost Metuzalema?

Posmatračka astronomija ima samo tri tehnike: astrometriju, fotometriju, i spektroskopiju. Povremenim merenjem položaja HD 140283 na nebu (astrometrija!) u periodu od 8 godina astronomi su primetili da se on menja! U toku pola godine pomera se tamo-amo za 0.017 lučnih sekundi (paralaksa!). Odatle je sračunato da je ova zvezda na rastojanju od oko 200 svetlosnih godina. Ostatak pomeranja je rezultat stvarnog kretanja zvezde u ravni neba. Na rastojanju od 200 svetlosnih godina to odgovara brzini od 319 km u sekundi.
Prividni sjaj HD 140283 je 7.205 (fotometrija!). Zvezdu je dakle moguće videti i dvogledom. Koristeći prividnu veličinu i gore određeno rastojanje moguće je tada sračunati koliko vati ima ova zvezda. (Što je sjajnija za dato rastojanje utoliko ima više vati.) Nađeno je da emituje 4.8 puta više energije nego naše Sunce.

Ključne rezultate je dala spektroskopija. Spektar HD 140283 je pokazao "plavi" Doplerov efekat pa je sračunato da nam se ova zvezda približava brzinom od 169 km u sekundi. Kombinujući tu vrednost sa brzinom zvezde u ravni neba (Pitagorina teorema!), dobijeno je da se HD 140283 kreće kroz prostor ukupnom brzinom od 361 km u sekundi. Tako velika brzina, i njena orijentacija u prostoru, ukazuju da HD 140283 pripada halo-u naše Galaksije, i da je samo u "prolazu". To je prva indikacija da se radi o staroj zvezdi, jer halo svake galaksije odavno nema više prašine od koje bi se stvarale zvezde, pa zato nema ni novih, mladih zvezda.

Dalje, spektar je pokazao da HD 140283 ima veoma malu količinu gvožđa u svojoj atmosferi, oko sto puta manje nego naše Sunce. S druge strane, spektar je pokazao da je temperature ove zvezde oko 5800 stepeni, ne mnogo drugačija od površinske temperature našeg Sunca. Zato je HD 140283 skoro čitav jedan vek bio poznat zvezdanim astronomima kao objekat sa "anomalnim" spektrom i odigrao je važnu ulogu u razumevanju nuklearnih procesa unutar zvezda i uopšte u razumevanju zvezdane evolucije.

Položaj zvijezde HD 140283 - Metuzalem
Sada sledi standardna astronomska analiza. Koristeći luminoznost (koliko zvezda ima vati) i temperaturu lako je izračunati veličinu zvezde. (Za jednu istu temperaturu veća zvezda u celini zrači više.) Dobijeno je da je HD 140283 oko dva puta veći od Sunca! Takve zvezde astronomi nazivaju pod-džinovima (subgigant na engleskom). Nuklearna astrofizika nam kaže da su one naredna faza u razvoju "normalnih" zvezda kao što je naše Sunce. Kod Sunca, glavni izvor energije je sinteza vodonika u helijum u samom jezgru. Kod pod-džinova, to jezgro se već ispunilo helijumom i fuzija se odigrava samo u ljusci oko jezgra.

Tu počinje ozbiljan račun. Tok evolucije određuje masa zvezde. (Veća masa daje veći pritisak u jezgru, dakle i veću temperature tamo, pa time i brže nuklearne reakcije i kraći životni vek.) Nuklearni astrofizičari tada rade proračune evolucije zvezda za razne vrednosti masa dok ne nađu istoriju koja dovodi do zvezde sa luminoznošću, temperaturom, i radijusom kao što je HD 140283. Dodatni faktor je hemijski sastav zvezde, jer zakoni kvantne mehanike su da se sve što je moguće odigrava u realnosti, pitanje je samo sa kolikom verovatnoćom. Fuzija vodonika u helijum je glavni izvor energije zvezda u njihovoj normalnoj fazi, ali ako su tu prisutni i teži elementi doći će do reakcija u kojima i oni učestvuju. Verovatnoća takvih reakcija je manja, i dobitak u energiji veći, ali sve se sabira pa time i vreme potrebno da se stigne do stanja koje sada ima HD 140283 se menja.

To je u stvari najkompleksnija faza ovakvih istraživanja. Astrofizičari polaze od posmatranog procentualnog prisustva raznih elemenata u atmosferi zvezda, na primer, u ovom slučaju od malog izmerenog postotka kiseonika i gvožđa, pa odatle, koristeći zakone hidrodinamike naprave model o raspodeli takvih elemenata u unutrašnjosti zvezde i onda modeliraju reakcije koje dovode do takvog stanja. Na svakom koraku uradi se i pažljiva procena neizbežnih raspona u rezultatima, tj. njihove tačnosti.

Već od samog početka takvih računa, kad god su astrofizičari određivali starost ove zvezde dobijali su visoke rezultate od 12 do 16 milijardi godina! To je uvek bilo interesantno ali nije zgledalo tako dramatično jer preciznost računa je bila nedovoljna i davala je veliki raspon. Tek posle deceniju duge studije objavljene 2013. g. došlo se konačno do preciznog i interesantnog rezultata: masa HD 140283 je oko 78% mase Sunca, a starost ove zvezde je 14.46 milijardi godina, sa tačnošću od 0.8 milijardi nagore ili nadole. HD 140283 je tako postao Metuzalem.

Značaj Metuzalema (HD 140283)

Iz narednih brojeva može lako da se shvati značaj zvezde HD 140283 (u sazvežđu Vage), popularno nazvane Metuzalem i interes koji je ona izazvala:

- Starost našeg Sunca i Sunčevog sistema: oko 5 milijardi godina
- Starost diska naše Galaksije (kao strukture): od 7 do 10 milijardi godina
- Starost zvezda u globularnim jatima naše Galaksije: od oko 12.5 do oko 13.4 milijardi godina
- Epoha formiranja prvih zvezda (indirektna procena): pre oko 13.4 milijardi godina
- Starost našeg Svemira (ili našeg "džepa" u Svemiru): oko 13.8 milijardi godina
- Starost Metuzalema: od oko 13.66 do 15.26 milijardi godina!

Zvijezda HD 140283, poznata kao zvijezda Metuzalem, najstarija je zvijezda u svemiru, 11.04.2020.
Drugi snimak

Srednja vrednost za starost Metuzalema je dakle oko 14.46 milijardi godina! Odatle su potekli naslovi od pre 5-6 godina pa sve do sada, da je nađena "zvezda starija od Svemira!" Što je naravno, nemoguće. Slična tema je bila prisutna u kosmologiji skoro četiri decenije, od sredine pedesetih pa do sredine devedesetih godina prošlog veka. Tadašnja procena za starost zvezda u globularnim jatima je bila i do 15-16 milijardi godina, dok je tadašnja procena starosti svemira bila u rasponu od 10 do 20 milijardi godina. Postojala je dakle mogućnost za konflikt "zvezda starijih od svemira". Preciznija posmatranja su međutim došla do vrednosti u gornjoj tabeli i konflikt je izbegnut.

Većina astronoma i kosmologa očekuje slično razrešenje i u ovom slučaju. Posmatrači su dobro procenili moguće nepreciznosti u svojim merenjima. Na primer, iako je prividni sjaj Metuzalema izmeren sa zavidnom preciznošću od jednog hiljaditog dela prividne magnitude, to već dovodi do nesigurnosti od oko 200 miliona godina u starosti Metuzalema. Još je veći uticaj (ne)preciznosti merenja površinske temperature zvezda, što je uvek pomalo relativan pojam jer zvezde nemaju jasno ograničenu ivicu pa time ni površinu. U ovom slučaju to dovodi do nesigurnosti od oko 350 miliona godina u srednjoj starosti, dok nepreciznost u merenju procenta kiseonika u atmosferi Metuzalema dovodi do najveće nesigurnosti, od čitavih 610 miliona godina.

Zviježđe Vaga
Sve skupa, otuda taj raspon od oko 800 miliona godina za moguću starost ove zvezde. Nije najverovatnije, ali je moguće da je starost Metuzalema na donjoj granici tog dijapazona, dakle oko 13.6 milijardi. To nije više u konfliktu sa starošću svemira ali i dalje pokazuje da se radi o najstarijoj zvezdi koju znamo do sada! Šta više, moguća sistematska greška u merenju procenta kiseonika bi dovela do starosti Metuzalema od "samo" 13.3 milijardi godina. Ne radi se dakle o zvezdi koja revolucionarno ruši neku našu dosadašnju predstavu, već o bliskom objektu koji nam omogućava bolji uvid u proces formiranja zvezda u ranom svemiru. Naime, činjenica da Metuzalem ima veoma mali ali merljiv procenat gvožđa u svojoj atmosferi pokazuje da se ipak ne radi o jednoj od prvih zvezda, već o jednoj od prvih zvezda druge generacije!

Da to objasnimo. Proračuni pokazuju da kako se rani Svemir širenjem hladio postalo je moguće za kompleksnije čestice da opstanu, da ne budu razrušene sudarima. Tako su se od kvarkova formirali prvi protoni (jezgra vodonika) i neutroni, a od njih složenija jezgra helijuma i (u daleko manjem broju) litijuma. Međutim kako se svemir i dalje širio i postajao hladniji slobodni protoni i neutroni nisu više bili dovoljno brzi da priđu toliko blizu jezgrima helijuma da ona mogu da ih zahvate i formiraju na primer ugljenik ili kiseonik. Otuda računi pokazuju da su se zvezde prve generacije sastojale isključivo od vodonika i helijuma. Takve zvezde još uvek nisu posmatrane. Prepoznali bi ih po tome što bi u njihovim atmosferama bili potpuno odsutni svi drugi elementi.

Ovako je zamišljeno da bi zviježđe Vaga trebalo izgledati
Međutim masivne zvezde te prve generacije su imale toliku temperaturu u svojoj unutrašnjosti da je bilo moguće da tu dođe do fuzije helijuma u ugljenik, pa u kiseonik, pa neon, itd., sve do gvožđa, posle čega dolazi do eksplozije takve zvezde (supernova!) u toku koje dolazi do sinteze praktično svih ostalih hemijskih elemenata. Taj proces je mogao da bude vrlo kratak, svega desetak miliona godina. Međuzvezdani gas je tako bio obogaćen bar malom količinom težih elemenata. Kako se proces formiranja zvezda nastavljao te prve zvezde druge generacije su sada imale od početka mali sadržaj na primer kiseonika ili gvožđa. Među njima je bio Metuzalem.

Sva naša Galaksija je tada još bila u procesu nastajanja: ogromna masa gasa i "tamne materije", sa zgušnjenjima gde su se stvarale zvezde i obližnjim manjim (a možda i većim?!) galaksijama, takođe u nastajanju, sa kojima se naša Galaksija spajala. Kada je formiran disk Mlečnog puta i naša Galaksija dobila manje više sadašnji izgled, Metuzalem se našao negde u sfernom halou oko diska. O tome svedoči njegova velika brzina od oko 360 km u sekundi. Ta orbita ga je ovog puta dovela u blizinu Sunca (koje sledi svoju orbitu oko centra Mlečnog puta), i Metuzalem je zapažen.



Biće interesantno videti šta će doneti buduće studije ove zvezde. Najteži zadatak za posmatrače je preciznije merenja procenata kiseonika i drugih težih elemenata. To će dati priliku teoretičarima da poboljšaju modeliranje procesa u unutrašnjosti zvezda (koje s vremenom postaje sve preciznije korišćenjem moćnijih kompjutera i boljih matematičkih tehnika) kako bi dobili detaljniji opis unutrašnjosti Metuzalema koji tačnije reprodukuje posmatranja. Već sada u stvari, posmatranja ove zvezde su pokazala da naše razumevanje zvezdane evolucije u glavnim crtama doseže sve do epohe formiranja prvih zvezda druge generacije, kada je svemir bio oko 15-16 puta manji.

Zvijezda HD 140283. © Ljubaznošću: Digitized Sky Survey / NASA / GSF / Sky Server
Ako Metuzalem ima planetni sistem sa nastanjenom planetom i razvijenom civilizacijom, njeni astronomi su verovatno samo rutinski registrovali postojanje obične žute zvezde na daljini od nekih 200 svetlosnih godina; naše Sunce ne bi njima bilo naročito interesantno. A s druge strane, šta bi moglo da bude interesantno civilizaciji koja je imala oko 8 i po milijardi godina više od nas da započne i da se razvije? I kakva bi to bila civilizacija koja može da nastane u planetarnom sistemu koji kao i njegova centralna zvezda ima vrlo mali procenat težih elemenata? Ili, kako je odatle izgledala naša Galaksija pre 500 miliona godina kada je Metuzalem bio daleko iznad njene ravni?…

Bez komentara
Želiš komentirati? Klikni!