¿Qué podría explicar las mediciones de que la estrella Matusalén es más antigua que el universo?

Por eso se ha hablado en las noticias de una estrella llamada Matusalén que es "más antigua que el universo" . Además, esta estrella pertenece a nuestra propia Vía Láctea.

El artículo menciona que Matusalén es consistente con las estimaciones de la edad del universo si consideramos el margen de error, pero esto parecería implicar (estadísticamente hablando) que este método de estimación de la edad está sesgado hacia la sobreestimación. El artículo también menciona que otros estudios han puesto el nacimiento de Matusalén antes del Big-Bang. Esto parece indicar que muchos métodos están sobreestimando su edad. Para mí, esto parece indicar un malentendido teórico fundamental o algún problema consistente en la fase de medición de la estimación.

Debo admitir que solo tengo un mínimo de familiaridad con la evolución estelar, por lo que estos increíbles titulares me han dejado atada con preguntas:

  1. ¿Qué tan confiable es esta investigación?
  2. ¿Qué método utilizan para medir la edad de una estrella como Matusalén?
  3. ¿Qué es más probable que esté equivocado, la edad de Matusalén o la estimación actual de la edad del universo?
  4. ¿Podrían los efectos relativistas explicar parte de la era?
Supongo que esto es mucho ruido y pocas nueces en realidad. Del artículo: "La incertidumbre a la que se refiere Bond es de más o menos 800 millones de años, lo que significa que la estrella en realidad podría tener 13.700 millones de años, más joven que el universo tal como se entiende actualmente, aunque apenas". En realidad, no dicen qué significa esa barra de error ( 1   σ ,   2 σ ,   95 % etc.) pero es poco probable que la cosmología necesite una revisión a la luz de esto. De hecho, el artículo académico dice que la estrella es totalmente compatible con la edad del universo.
Una hojeada del papel confirma que la barra de error es de hecho 1   σ . No perdería el sueño por esto.
Eso es definitivamente tranquilizador. Sin embargo, todavía estoy desconcertado de por qué múltiples estudios han estado sobreestimando su edad (suponiendo que la edad del universo sea correcta). A menos que haya un número igual de estimaciones subestimadas, parece que los métodos de estimación de la edad tienen algún tipo de sesgo positivo.
"El artículo menciona que Matusalén es consistente con las estimaciones de la edad del universo si consideramos el margen de error, pero esto sin embargo significaría que (estadísticamente hablando) este método de estimación de la edad está sesgado hacia la sobreestimación". Err... no, no lo hace. Significa que tiene un valor atípico, que no le dice mucho de nada (incluso tomando un enfoque bayesiano; vaya frecuentista y no aprenderá exactamente nada). Ahora, si tuvieras varios como este, podrías comenzar a preocuparte.
Prácticamente tenemos la edad del universo tan bien como nos gustaría, pero esta es una gran pregunta desde una perspectiva histórica. Antes de que supiéramos bien la edad del universo y antes de que tuviéramos modelos estelares sofisticados, este mismo problema surgió en una versión mucho más fuerte, dado el trabajo de varios astrónomos sobre estrellas en cúmulos globulares, que parecían ser muy antiguos .

Respuestas (1)

Trabajo con modelos estelares, así que pensé en contribuir aquí. Mi reacción instantánea es que no debe preocuparse demasiado: determinar la edad de una estrella es difícil y los diferentes modelos estarán en desacuerdo (¡a veces significativamente!) sobre esa edad.

¿Qué tan confiable es esta investigación?

No puedo ver una razón obvia para dudar de la conclusión.

¿Qué método utilizan para medir la edad de una estrella como Matusalén?

Básicamente, uno trata de medir tantas propiedades sobre la estrella con la mayor precisión posible, y luego encontrar el modelo estelar que mejor se ajuste. Estos modelos son soluciones a un conjunto de ecuaciones diferenciales (en el tiempo y una dimensión espacial) que intenta capturar toda la física relevante que determina cómo evolucionan las estrellas. La física general es un problema bastante bien definido, pero hay varios componentes potencialmente importantes que faltan en estos modelos. (Me extenderé en esto si lo desea...)

La dificultad habitual aquí es romper la degeneración entre el brillo y la distancia. Es decir, un objeto distante es más débil, por lo que es difícil saber si un determinado objeto es intrínsecamente débil o está más lejos. El principal resultado de este trabajo es la medida de paralaje basada en el Hubble, que supone una gran mejora en esa medida de distancia y, por tanto, en el brillo de la estrella. Las otras cosas que usan son indicadores de la composición de la superficie y la temperatura efectiva de la estrella, por lo que puedo ver.

Por cierto, aquí es donde sospecho que la tensión puede resolverse. Si observa la Fig. 1 del artículo, muestran la evolución de diferentes estrellas para diferentes composiciones. Lo que estás buscando, en términos generales, son líneas que pasan por los puntos observados. Esa figura muestra que si se subestima el contenido de oxígeno, entonces el mejor ajuste es en realidad alrededor de 13,3 Gyr, que ya no está reñido con la edad del Universo.

Tome nota de la Tabla 1, donde las fuentes de error (en 1 σ ) están listados. Es interesante que no solo el contenido de oxígeno de la estrella sea la mayor fuente de error, ¡sino que incluso la incertidumbre del contenido de oxígeno del Sol contribuye!

¿Qué es más probable que esté equivocado, la edad de Matusalén o la estimación actual de la edad del universo?

La era de Matusalén, definitivamente. Describiría nuestras estimaciones de la edad del Universo como "convergentes" de alguna manera: diferentes métodos apuntan a números consistentes. Claro, Planck cambió el poste de la portería en 80 Myr más o menos, pero sería un verdadero shock ver que ese número cambia, digamos, 500 millones de años.

¿Podrían los efectos relativistas explicar parte de la era?

No tengo ni idea y no lo he pensado mucho. Dado que estoy bastante seguro de que esto no es un gran problema, no creo que los efectos relativistas sean necesarios para explicar la discrepancia.

Re: los efectos relativistas. Estos vienen en dos categorías: (a) la dilatación del tiempo debido a la velocidad peculiar y el corrimiento al rojo gravitacional, y (b) los efectos de la dinámica relativista en la evolución estelar misma. (a) es completamente insignificante para cualquier cosa (salvo los agujeros negros) en la Vía Láctea para el tipo de precisión de estas mediciones. (b) Realmente no lo sé. Me imagino que la relatividad solo tendría un pequeño efecto aquí también, ya que generalmente solo es importante para las estrellas de neutrones, aunque eso se lo dejo al astrofísico . :)
@MichaelBrown, puedo responder (b): básicamente cero. Esta es una estrella pequeña, probablemente menos masiva que el Sol. Hay dos cálculos que te dicen cuáles son los efectos relativistas. Primero, desde mi = metro C 2 , ¿es la densidad de energía comparable a la densidad de masa? En segundo lugar, ¿existen flujos de fluidos (p. ej., convección o rotación) que tengan velocidades relativistas? En ambos aspectos, la respuesta es definitivamente no.
¿Qué podría explicar las mediciones de que la estrella Matusalén es más antigua que el universo?
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