Nicolas Dauphas z Uniwersytetu w Chicago (ang. University of Chicago) wypracował nową metodę obliczania wieku Drogi Mlecznej. Sposób ten jest wolny od niepotwierdzonych założeń będących zmorą poprzednich metod. Odkrycie Dauphasa, o którym donosi on w magazynie Nature z 29 czerwca, może być wykorzystane do rozwikływania kosmicznych zagadek, z którymi nie można się było uporać przez dekady. "Określanie wieku jest newralgicznym problemem w podstawowym rozumieniu Wszechświata." - powiedział Thomas Rauscher, profesor uczelniany fizyki i astronomii Uniwersytetu w Bazylei (niem. Uniwersitat Basel) w Szwajcarii. - "Wiele różnorodnych wniosków wynikających z pracy Nicolasa czyni z niej podniosłe i bardzo ważne odkrycie."
Dauphas, profesor uczelniany nauk geofizycznych kieruje Laboratorium Początków (ang. Origins Laboratory) na Uniwersytecie w Chicago. Jego rozległe zainteresowania uwzględniają początki ziemskiej atmosfery, najstarsze skały mogące zawierać dowody początków życia na Ziemi oraz informacje na temat powstawania Układu Słonecznego, których może dostarczyć badanie składu meteorytów. W swej ostatniej pracy Dauphas udoskonalił precyzję kosmicznego zegara porównując czas rozpadu dwóch długowiecznych, radioaktywnych pierwiastków - uranu-238 i toru-232. Według tej nowej metody, wiek Drogi Mlecznej wynosi w przybliżeniu 14,5 mld plus minus ponad 2 mld lat. Wiek ten generalnie zgadza się z oszacowaniami 12,2 mld lat - czyli niemalże tyle, ile wynosi wiek samego Wszechświata - dostarczanymi przez wcześniejsze metody. Odkrycie Dauphasa weryfikuje to, co od dawna było podejrzewane mimo niedoskonałości istniejących metod: "Po Wielkim Wybuchu nie potrzeba było dużo czasu, by uformowały się duże struktury, a w tym między innymi nasza Droga Mleczna" - powiedział autor.
Wiek 12 mld lat dla galaktyki opiera się na charakterystykach dwóch różnych grup gwiazd - gromad kulistych oraz białych karłów. Jednak takie oszacowania są zależne od założeń dotyczących ewolucji gwiazd oraz fizyki jądrowej, z których naukowcy jeszcze nie do końca są zadowoleni. Gromady kuliste są gromadami gwiazd znajdującymi się na obrzeżach galaktyki. Procesy gwiezdnej ewolucji sugerują, iż większość gwiazd w takich gromadach jest prawie równie stara jak sama galaktyka. Po Wielkim Wybuchu, 13,7 lat temu, jedynymi pierwiastkami we Wszechświecie były wodór, hel oraz małe ilości litu. Gromady kuliste w Drodze Mlecznej muszą być więc równie stare, ponieważ zawierają głównie wodór i hel. Młodsze gwiazdy zawierają także cięższe pierwiastki uformowane wcześniej we wnętrzach starszych gwiazd, które wyprodukowały je w swych jądrach w procesach termojądrowych. Białe karły, tymczasem, są gwiazdami, które zużyły już cały zapas paliwa i wkroczyły na ostatni etap swego życia. "Białe karły nie mają źródła energii, po prostu powoli stygną. Jeśli spojrzy się na ich temperaturę, znając tempo chłodzenia można oszacować wiek galaktyki, ponieważ niektóre z tych karłów są niemal tak stare jak ona" - powiedział Dauphas.
Bardziej bezpośrednia metoda obliczania wieku gwiazd i Drogi Mlecznej zależy od precyzji uranowo-torowego zegara. Naukowcy mogą przy pomocy teleskopów wykryć optyczne "odciski palców" pierwiastków chemicznych. Wykorzystując taką umiejętność, pomierzyli oni stosunek zawartości uranu do toru w pojedynczej, starej gwieździe spoczywającej w halo Drogi Mlecznej. Czas rozpadu uranu i toru był już znany. Znając również stosunek zawartości uranu do toru w chwili formowania się gwiazdy, obliczenie wieku gwiazdy staje się problemem z narzucającym się rozwiązaniem. Niestety, "taki stosunek jest bardzo słabo znany" - powiedział Dauphas. Problem ten rozwiązał on składając dane z obserwacji uranu i toru w gwiazdach halo z pomiarami takiego stosunku poczynionymi przez innych naukowców podczas badania meteorytów. "Jeśli zbadamy meteoryt, będziemy mieć skład materii, która uformowała Słońce 4,5 mld lat temu." - powiedział. Materiał ten tworzą również szczątki wielu pokoleń innych gwiazd, od dawna już martwych; materiał ten nadal zawiera informacje na temat ich pierwotnej zawartości uranu i toru. "W naszym laboratorium dysponujemy bardzo dobrymi instrumentami, które pozwalają nam na zmierzenie takiego stosunku zawartości z bardzo wysoką precyzją" - powiedział Dauphas. Śledzenie zmian zawartości dwóch wystarczająco długowiecznych, radioaktywnych pierwiastków jest czułą metodą mierzenia czasu, który upłynął od ich powstania" - mówi Rauscher. "Kłopot w tym, by dobrze zacząć odliczanie, czyli znać początkowe ilości uranu i toru. Sprytna kombinacja zawartości w gwiazdach i meteorytach pozwala Nicolasowi uzyskać bardzo dobrą wartość początkową dla zegara uranowo-torowego" - powiedział.
"Naukowcy wykorzystują teraz ten zegar do określania wieku różnych międzygwiezdnych obiektów i cząstek, łącznie z promieniami kosmicznymi" - powiedział Rauscher. Te, mniejsze od atomów, skrawki materii nieustannie bombardują Ziemię ze wszystkich kierunków. Skąd się one biorą? To pytanie gryzie naukowców od niemal wieku. "Praca Dauphasa może także prowadzić do lepszego zrozumienia sposobu produkcji przez gwiazdy złota, uranu i innych ciężkich pierwiastków grających istotne role w codziennym życiu" - powiedział Rauscher.
Źródło: NASA | Marek Weżgowiec
Na zdjęciu: Droga Mleczna. Źródlo: NASA
(Tekst ukazał się pierwotnie w serwisie Orion, którego zasoby zostały włączone do portalu Urania)
