Το ουράνιο αποκαλύπτει την ηλικία του σύμπαντος

Από σελίδα του PhysicsWeb 7 Φεβρουαρίου 2001

Οι αστρονόμοι έχουν επισημάνει για πρώτη φορά το δακτυλικό αποτύπωμα του ουρανίου- 238 σε ένα αρχαίο αστέρι - και το χρησιμοποιήσαν για να κάνουν την πιό αξιόπιστη εικασία για την ηλικία του σύμπαντος. Ο Roger Cayrel του Observatoire de Paris-Meudon, της Γαλλίας, και οι συνάδελφοι έχουν χρησιμοποιήσει ένα είδος "αστρικής χρονολόγησης" για να υπολογίσουν την ηλικία του αστεριού - και επομένως την ελάχιστη ηλικία του κόσμου μας. Η νέα εκτίμηση καθιστά το Σύμπαν 12.5 δισεκατομμύριο ετών - συν ή πλην  3 δισ. έτη (Τεύχος 409 691 του Nature).

Ο Cayrel και οι συνάδελφοι του χρησιμοπόηησαν το πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο στο Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο στη Χιλή για να μετρήσουν το φάσμα ενός πολύ παλαιού αστεριού - γνωστού ως CS31082-001 - κοντά την άκρη του γαλαξία μας. Οι αστρονόμοι ξέρουν ότι το αστέρι που διαμορφώθηκε στο πολύ πρώιμο Σύμπαν επειδή περιέχει τόσο λίγα μέταλλα. Τα μέταλλα ήταν λιγοστά σε αυτή τη φάση στην εξέλιξη του κόσμου επειδή πολύ λίγα supernova, στα οποία δημιουργούνται τα μέταλλα, είχαν εκραγεί ακόμα. Πράγματι, τα ίχνη του ουρανίου- 238 στην ατμόσφαιρα του αστεριού θα μπορούσαν να προέλθουν από ένα μόνο σουπερνόβα. Οι γραμμές απορρόφησης του ουρανίου- 238 είναι σχετικά εύκολο να ανιχνευθούν στα αστέρια πτωχά σε μέταλλα επειδή δεν κρύβονται από τις ισχυρές γραμμές απορρόφησης άλλων μετάλλων.

Οι αστρονόμοι ξέρουν περίπου πόση ποσότητα από κάθε στοιχείο ήταν αρχικά παρών στο αστέρι και μπορούν να συγκρίνουν αυτή τη ποσότητα με την αφθονία που βλέπουν στα φάσματα σήμερα. Μπορούν έπειτα να υπολογίσουν - χρησιμοποιώντας τους χρόνους ημιζωής των ραδιενεργών στοιχείων - πριν από πόσο πολύ καιρό γεννήθηκε το αστέρι . Αυτό είναι γνωστό σαν κοσμο-χρονομέτρηση.

Η ομάδα του Cayrel έχει χρησιμοποιήσει τώρα αυτήν την τεχνική για να υπολογίσει την ηλικία του κόσμου μας από το νέο σήμα του ουράνιου- 238 από το αστέρι CS31082-001. Ο χρόνος ημιζωής του ουράνιου- 238 είναι μόνο 4.5 δισεκατομμύρια έτη, έτσι είχε αρκετό χρόνο για να αποσυντεθεί περίπου στο ένα όγδοο της αρχικής ποσότητας του. Λαμβάνοντας υπόψη τις αβεβαιότητες για την αρχική αφθονία των στοιχείων, ο Cayrel και οι συνάδελφοι του έχουν εκτιμήσει το Σύμπαν 125 δισεκατομμυρίων ετών, με ένα συν ή πλην ακριβώς 3 δισεκατομμύρια έτη. Αυτή η εκτίμηση είναι τρεις φορές ακριβέστερη από την προηγούμενη καλύτερη εκτίμηση, η οποία βασίστηκε στις γραμμές απορρόφησης του θορίου- 232. Το Θόριο- 232 έχει ένα χρόνο ημιζωής 14 δισ. έτη - παρόμοια με την  καλύτερη τρέχουσα υπόθεση για την ηλικία του Σύμπαντος, και αυτό σημαίνει ότι μπορεί σε αυτό το χρονικό διάστημα να αποσυντεθεί μόνο σε περίπου στο ήμισυ της αρχικής ποσότητας του. Αν χρησιμοποιηθεί για τις εκτιμήσεις μας για την αρχική σύνθεση των αστεριών, το θόριο-232, μπορεί να μας παράσχει μόνο μια προσεγγιστική εκτίμηση - συν ή πλην 4 έως 5 δισεκατομμύρια έτη κάθε φορά - της ηλικίας του Σύμπαντος.

Ο Cayrel και οι συνάδελφοι του ελπίζουν ότι θα είναι σε θέση σύντομα να χρονολογήσουν το Σύμπαν ακόμα ακριβέστερα με το να μετρήσουν τις σχετικές εντάσεις των γραμμών του φάσματος των στοιχείων με μεγαλύτερη ακρίβεια. Το πιθανό εύρος των ηλικιών για τον κόσμο μας, θα στενέψει επίσης καθώς θα μαθαίνουμε περισσότερα για τις αναλογίες με τις οποίες τα στοιχεία δημιουργούνται στα αστέρια. "Προγραμματίζουμε ήδη νέες έρευνες για να ανακαλύψουμε άλλα αστέρια φτωχά σε μέταλλα στα οποία μπορούμε να μετρήσουμε τις αφθονίες του ουράνιου και του θορίου," είπε ο Timothy Beers, ένα μέλος της ερευνητικής ομάδας του Πολιτειακού Πανεπιστήμιο του Μίτσιγκαν. "Στα επόμενα έτη, αναμένουμε να βρούμε ίσως 10 ή 20 από αυτά τα αστέρια."

Άλλες μέθοδοι για την χρονολόγηση του κόσμο μας- όπως η μέτρηση του πόσο γρήγορα οι γαλαξίες απομακρύνονται από μας (με τη μέτρηση της σταθεράς του Hubble) - είναι λιγότερο αξιόπιστες επειδή είναι βασισμένες στις μη δοκιμασμένες υποθέσεις για την εξέλιξη του κόσμου.