Những ngôi sao già hơn vũ trụ phá vỡ sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ

Nguồn gốc và sự tiến hóa của vũ trụ luôn là một trong những bí ẩn lớn nhất của nhân loại, các nhà khoa học sử dụng nhiều phương pháp và phương tiện khác nhau để cố gắng khám phá những bí ẩn của vũ trụ và khôi phục lại lịch sử của vũ trụ. Tuy nhiên, đôi khi những phát hiện của họ lại mâu thuẫn với lý thuyết và kỳ vọng của họ, hoặc thậm chí phá hoại nhận thức của họ. 

Đây là lý do tại sao các nhà khoa học thỉnh thoảng gặp phải một số sự thật khó giải thích khi quan sát bầu trời. Một trong những sự thật đáng ngạc nhiên nhất là các nhà khoa học đã phát hiện ra một ngôi sao còn già hơn cả vũ trụ. Ngôi sao này tên là "Methuselah - HD 140283", nằm trong chòm sao Thiên Bình, cách Trái Đất 190 năm ánh sáng, là một tiểu khổng lồ nghèo kim loại, nghĩa là trong cơ thể nó chứa rất ít nguyên tố kim loại - thường là một dấu hiệu quan trọng để biết một ngôi sao có già hay không. 

Bằng cách đo quang phổ và khoảng cách của nó, các nhà khoa học ước tính tuổi của nó vào khoảng 16 tỷ năm tuổi và con số này thực tế còn lớn hơn tuổi của vũ trụ! Chính xác thì vấn đề này là về cái gì? Ngôi sao này có thể được sinh ra bên ngoài vũ trụ? Hay là chúng ta đã đánh giá thấp tuổi của vũ trụ? Câu hỏi đã khiến các nhà khoa học bối rối và tranh luận khi cố gắng tìm ra lời giải thích hợp lý cho sự mâu thuẫn tưởng chừng như không thể xảy ra này.

Để trả lời câu hỏi này, trước tiên chúng ta cần biết tuổi của vũ trụ được xác định như thế nào. Hiện nay, lý thuyết về nguồn gốc của vũ trụ được các nhà khoa học chấp nhận rộng rãi là "Thuyết Big Bang", tin rằng vũ trụ bắt đầu từ một điểm rất nhỏ, mật độ cao, nhiệt độ cao và sau một vụ nổ dữ dội, sẽ giãn nở theo mọi hướng và hình thành nên vũ trụ mà chúng ta thấy ngày nay. 

Theo lý thuyết này, các nhà khoa học có thể tính toán tuổi của vũ trụ bằng cách đo tốc độ giãn nở của vũ trụ. Tốc độ giãn nở của vũ trụ, còn được gọi là hằng số Hubble, là một con số mô tả vũ trụ giãn nở bao nhiêu km/giây trên mỗi megaparsec. Các nhà khoa học đo hằng số Hubble bằng cách quan sát các thiên thể khác nhau trong vũ trụ, chẳng hạn như siêu tân tinh, thiên hà, cụm thiên hà, v.v. 

Sau đó, họ có thể chia hằng số Hubble cho gia tốc của vũ trụ để có được tuổi của vũ trụ. Theo kết quả đo mới nhất năm 2013, hằng số Hubble là khoảng 67,4 và gia tốc của vũ trụ là khoảng 0,7, khi đó tuổi của vũ trụ là khoảng 13,82 tỷ năm.

Kết quả này tưởng chừng như rất chính xác nhưng thực tế lại có sai số lớn. Bởi vì các phương pháp và dữ liệu quan sát khác nhau có thể dẫn đến các hằng số Hubble khác nhau, điều này sẽ ảnh hưởng đến việc tính tuổi của vũ trụ. Ví dụ, vào năm 2019, một số nhà khoa học đã sử dụng Kính viễn vọng Không gian Hubble để quan sát một số ngôi sao biến quang trong vũ trụ và thu được hằng số Hubble lớn hơn, khoảng 73,4, giúp rút ngắn tuổi của vũ trụ xuống còn 12,74 tỷ năm. 

Sự khác biệt vượt quá giới hạn sai sót này đã khiến các nhà khoa học bối rối không biết kết quả nào đáng tin cậy hơn. So với tuổi của vũ trụ, tuổi của các ngôi sao có vẻ dễ xác định hơn vì vòng đời của các ngôi sao tương đối ổn định và có thể dự đoán được. Các nhà khoa học có thể xác định loại, giai đoạn tiến hóa và tuổi của các ngôi sao bằng cách quan sát quang phổ, độ sáng, khối lượng, nhiệt độ và các đặc điểm khác của chúng. 

Nói chung, một ngôi sao càng nặng thì tuổi thọ của nó càng ngắn vì nó tiêu thụ nhiên liệu hạt nhân của chính nó nhanh hơn và cuối cùng phát nổ dưới dạng siêu tân tinh hoặc sụp đổ thành sao neutron hoặc lỗ đen. Ngôi sao càng nhỏ thì càng sống lâu vì tốc độ đốt nhiên liệu hạt nhân chậm hơn, cuối cùng trở thành sao lùn trắng hoặc nâu. Dựa trên nguyên tắc này, các nhà khoa học có thể ước tính giới hạn tuổi trên của các loại sao khác nhau.

Ví dụ, Mặt Trời là một ngôi sao có khối lượng trung bình với giới hạn tuổi trên khoảng 10 tỷ năm, nó đã tồn tại được khoảng 4,65 tỷ năm và còn khoảng 5,35 tỷ năm để tồn tại. Giới hạn trên về tuổi của những ngôi sao nặng nhất, chẳng hạn như sao khổng lồ xanh, chỉ là vài triệu năm, trong khi giới hạn trên về tuổi của những ngôi sao nhỏ nhất, chẳng hạn như sao lùn đỏ, có thể lên tới hàng nghìn tỷ năm, thậm chí vượt quá giới hạn tuổi của vũ trụ. 

Vậy "Methuselah" là loại sao gì? Tuổi của nó được xác định như thế nào? "Methuselah" là một sao khổng lồ nghèo kim loại, khối lượng của nó bằng khoảng 0,8 khối lượng Mặt Trời, độ sáng khoảng 0,6 độ sáng Mặt Trời và nhiệt độ khoảng 5600 Kelvin, mát hơn Mặt Trời một chút. 

Bằng cách đo quang phổ và khoảng cách của nó, các nhà khoa học đã ước tính được tuổi của nó, khoảng 16 tỷ năm tuổi. Kết quả này dựa trên giả định rằng "Methuselah" là ngôi sao thế hệ thứ hai, nghĩa là nó được cấu thành từ hydro và heli còn sót lại sau cái chết của ngôi sao thế hệ thứ nhất và ngôi sao thế hệ thứ nhất được tạo ra vật chất nguyên thủy từ Vụ nổ lớn, không có bất kỳ nguyên tố kim loại nào.

Vì vậy, hàm lượng kim loại của "Methuselah" cực kỳ thấp, chỉ gấp 250 lần Mặt Trời, đây là lý do tại sao nó được coi là một ngôi sao rất già. Câu trả lời cho câu hỏi này không chỉ đơn giản là nói rằng "Methuselah" là một ngôi sao già hơn vũ trụ mà còn phải tính đến những sai sót và sự không chắc chắn trong đo lường. 

Trước hết, chúng ta cần hiểu rằng việc đo tuổi của vũ trụ hay tuổi của các ngôi sao đều không phải là một công việc dễ dàng, tất cả đều cần dựa vào một số giả định và mô hình, và những giả định và mô hình này có thể không hoàn toàn chính xác hoặc có thể áp dụng được. 

Thứ hai, chúng ta cần biết rằng kết quả đo có một phạm vi sai số nhất định, tức là giá trị thực có thể dao động trong một phạm vi chứ không phải là một con số cố định. Vì vậy, khi chúng ta nói rằng Methuselah già hơn vũ trụ, thực ra chúng ta đang nói rằng ước tính của nó lớn hơn ước tính của vũ trụ, nhưng điều đó không có nghĩa là tuổi thật của nó nhất thiết phải lớn hơn tuổi thật của vũ trụ. Vậy tại sao điều này xảy ra? Tại sao giá trị ước tính của "Methuselah" lại lớn hơn giá trị ước tính của vũ trụ?

Có thể có một số lý do cho điều này: Thứ nhất, ước tính về tuổi của vũ trụ bị đánh giá thấp. Điều này có thể là do các phép đo của chúng ta về sự giãn nở và gia tốc của vũ trụ là sai, hoặc các lý thuyết của chúng ta về nguồn gốc và sự tiến hóa của vũ trụ là sai lầm. Thứ hai, giá trị ước tính của Methuselah đã được đánh giá quá cao. Điều này có thể là do các phép đo của chúng ta về quang phổ và khoảng cách của ngôi sao Methuselah là sai hoặc lý thuyết của chúng ta về loại và sự tiến hóa của ngôi sao vẫn còn một số sai sót. Cuối cùng, những ước tính cho cả vũ trụ và Methuselah đều sai. Điều này có thể là do các phép đo và lý thuyết của chúng ta về vũ trụ và các ngôi sao chưa đầy đủ hoặc chúng ta hiểu sai về bản chất và mối quan hệ giữa vũ trụ và các ngôi sao.

Tóm lại, Methuselah là một ngôi sao rất đặc biệt, bí ẩn về tuổi tác của nó cho phép chúng ta suy nghĩ và khám phá nhiều hơn về nguồn gốc cũng như sự tiến hóa của vũ trụ. Nó cũng nhắc nhở chúng ta rằng những bí ẩn của vũ trụ vượt xa sức tưởng tượng của chúng ta, chúng ta vẫn còn nhiều điều chưa biết và chưa chắc chắn, cần phải quan sát và xác minh liên tục trước khi có thể dần dần tiến gần hơn đến sự thật. 

Tham khảo: Zhihu