數字化巡天影像中的“瑪士撒拉”——一顆比宇宙還“古老”的恆星。Digitized Sky Survey (DSS), STScI / AURA, Palomar / Caltech, and UKSTU / AAO

天秤座，距離地球大約190光年遠的太空中，有一顆奇怪的恆星。這顆恆星在太空中以每小時130萬公里的高速飛行著。

更奇怪的是，2000年歐空局依巴谷衛星的觀測結果顯示，這顆恆星形成於160億年前。宇宙微波背景告訴我們，宇宙大約誕生於138億年前。而這顆編號為HD 140283的恆星居然比宇宙還要古老。

人們將《聖經》中活了969歲的長老“瑪士撒拉”之名，賜予了這顆恆星。這顆“貧金屬”超巨星的主要成分是氫和氦，含鐵量極少。這樣的成分組合表明，這顆恆星一定是在鐵元素極為稀有的遠古時期形成的。但是它再古老，也不可能比宇宙還古老。

所以，要麼是恆星的年齡錯了，要麼是宇宙的年齡錯了。

天文學家對恆星年齡進行了反覆驗算。他們梳理了哈勃太空望遠鏡2003年至2011年間獲取的11組觀測資料。這些資料記錄了恆星的位置、距離和輸出的能量。而通過視差、光譜和光度測量，我們可以得到一個更為準確的恆星年齡值。

HD 140283年齡值的不確定性有一部分來自恆星距離值的精度誤差。假如我們能夠更加精確地測出它的光度（固有亮度），我們就能更加精確地算出它和地球之間的距離，也能更加精確地算出它的年齡。恆星的光度值越大，它的年齡就越小。天文學家還觀察了它身上的視差效應，觀察了它六個月內在天空中的位移，這種位移是地球軌道的變化導致的，而這也能告訴我們它離我們有多遠。

恆星的理論模型本身也帶有不確定性。模型能夠告訴我們恆星核心核聚變反應的速度。恆星外殼中元素的擴散下沉也很重要，假如外殼中的剩餘氦元素下沉得很深，參與核聚變的氫含量就會相應變少。而燃料假如消耗得快，恆星的壽命就會縮短。

另外一個重要因素是恆星的氧含量。HD 140283的氧-鐵比例比預計的要高，鑑於早期宇宙中的氧並不豐富，所以這顆恆星的實際年齡確實也應該更小一些。

通過這一系列測算，科學家相信HD 140283誕生在144.6億年前。現在它比之前年輕了許多，但是依然比宇宙還要老。

2014年，科學家再接再厲，進一步縮小了這個數字——HD 140283誕生在142.7億年前。加上前後7至8億年的容許誤差，這顆恆星已經不再比宇宙更古老了。問題似乎已經解決了。

但是實際情況並沒有那麼簡單。

古老恆星的年齡和宇宙年齡相近這一現象，在部分科學家看來更像是科學的一個成就。它表明宇宙大爆炸理論是可信的。觀測中總會存在不確定性，因此兩者的年齡實際上是互相吻合的。

但是今年7月，在加州聖巴巴拉科維裡理論物理研究所舉行的國際宇宙學高峰會議上，一些科學家宣稱，他們通過鄰近星系測出的宇宙年齡，要比通過宇宙微波背景測出的小好幾億歲——宇宙並非誕生在138億年前，而是誕生在114億年前。參與研究的科學家中，還包括2011年諾貝爾物理學獎得主Adam Riess。

這一結論是基於宇宙膨脹的觀點得出的。最新的發現表明，宇宙膨脹的速度（哈勃常量）要比通過宇宙微波背景測出的高10%。

根據宇宙微波背景測出的宇宙膨脹速度是每百萬秒差距每秒67.4千米，而最新的觀測結果發現這個值實際上介於73和74之間。這表明在今天的宇宙膨脹速度和根據早期宇宙物理學特徵推算出的宇宙膨脹速度之間存在差異。已被接受的理論需要被重新評估，與“暗物質”和“暗能量”相關的謎團也因此變得更多。

哈勃常量越大，宇宙的年齡就越短。如果哈勃常量是67.74，那麼宇宙應該誕生在138億年前；如果哈勃常量是73或77，宇宙的誕生時間就不會早於127億年前。如果是這樣，那麼“瑪士撒拉”就再一次比宇宙還要古老了。更有甚者，2019年的一個新研究結果表明，哈勃常量可能是82.4。如果是這樣，那麼宇宙的誕生時間就更晚了，大約只在距今114億年前。

一些科學家認為，要解決這一問題，還要看宇宙學如何發展。那些觀測宇宙學家一定是疏忽了一些東西，以致於製造了這一悖論。與之相比，恆星天體物理學家的責任更小一些。這是因為對宇宙年齡的測算更加困難，理論上的不確定性也更多一些。

也許在觀測中存在著一些沒有被全面理解的誤差，也許在宇宙的動力學理論中存在著一些空缺，比如“暗能量”的強度。“暗能量”是宇宙膨脹的第一推動力。

也許這一悖論反映出的是“暗能量”在時間上存在強度差異，這能造成宇宙膨脹速度發生變化。這種可能性，與人們對引力基本特性的看法是相吻合的。近年人們對引力波的研究或許有助於解決這一悖論。

這些科學家認為，我們可以觀察死亡雙星在時空中迴旋產生的漣漪，而不是通過研究宇宙微波背景或監視鄰近的造父變星與超新星來測算哈勃常量。這樣的引力波觀測並不容易。但是未來十年內，技術上應該會有大的突破。具體的方法是通過可見光觀測，收集中子星合併過程中的資料，來確定它們和地球之間的相對運動速度；同時通過引力波測算它們的距離。將兩者相結合，我們就可以得到一個有史以來最為精確的哈勃常量值。

“瑪士撒拉”悖論也反映出，科學中存在著某些更大更復雜的問題，這些問題與我們對宇宙執行方式的理解有關。

也許我們只是在觀測中忽略掉了一些什麼，也許我們對宇宙膨脹的看法有著重大的缺陷。

宇宙中首批恆星的形成（示意）。Wise, Abel, Kaehler (KIPAC / SLAC)

參考：

How Can a Star Be Older Than the Universe?

https://www.space.com/how-can-a-star-be-older-than-the-universe.html