天文学家测量了散布在银河系中的超过15万颗古老恒星的年龄，发现其中最古老的恒星与标准宇宙学模型的预测完全一致。这一结果悄然削弱了哈勃常数争议——即当前测量的宇宙膨胀速度与基于早期宇宙预测的膨胀速度之间长期存在的不匹配——的一类主要解释。
这项研究由朴茨茅斯大学的Indranil Banik领导，已被《皇家天文学会月刊》接受发表。研究利用中国LAMOST望远镜的高分辨率光谱数据和欧洲航天局盖亚卫星的精确距离测量，以前所未有的精度确定了247103颗银河系恒星的年龄。在应用严格的质量筛选去除不可靠的测量后，团队最终确定了155600颗年龄可信的恒星样本。
Banik表示：”这是迄今为止用于此类分析的最大、最经过仔细审查的古老恒星样本。”
研究团队聚焦于接近正常寿命末期的恒星，此时年龄估算最为可靠，因为恒星变化足够快，可以确定其演化状态。候选古老恒星必须满足金属含量低且α元素丰度高两个条件——两者都是早期宇宙中形成的特征——并将光谱数据推导的年龄与仅基于盖亚数据计算的独立年龄进行了交叉验证。
结果：样本中最古老的恒星年龄为137.3亿年，误差约为正负2亿年。这一数字意味着宇宙本身的年龄约为138亿年，考虑到大爆炸后第一批长寿命恒星形成所需的大约2亿年。该数值与普朗克卫星从宇宙微波背景辐射独立推导的年龄几乎完美吻合。
这一吻合之所以重要，是因为哈勃常数争议——邻近天体膨胀率测量与CMB测量之间约5西格玛的差异——推动宇宙学家提出了对标准模型的各种修改。其中一类主要方案引入了”早期暗能量”或在宇宙最初几十万年中运作的其他新物理学，改变了重组前宇宙的演化方式。这类模型可以使早期宇宙的膨胀率与局部测量一致，但代价是让宇宙变得更年轻。
Banik表示：”有多年轻？大约129亿年，误差约2亿年。”
这正是古老恒星发挥作用的地方。如果宇宙只有129亿年，那么一颗测量为137.3亿年的恒星将比宇宙本身还要古老，这是不可能的。因此，恒星年龄排除了任何仅依赖重组前物理学的哈勃常数争议解决方案。
研究人员通过改变质量筛选标准（包括定义真正古老恒星的金属量上限）来测试结果的稳健性。即使在最激进的调整下，最古老恒星的年龄也从未低于133亿年，仍然显著高于早期宇宙哈勃常数争议模型所需的129亿年。在高端，放宽标准将最古老恒星年龄提高到140亿年。
Banik表示：”差距约为8亿年。如此规模的恒星建模不确定性很难合理化，尤其是对于我们样本中演化相对简单的金属含量最低的恒星。”
这一结果并未解决哈勃常数争议本身。来自超新星和造父变星的局部测量仍然与基于CMB的膨胀率不一致，且随着测量的改进，这一差距只会越来越大。这项研究所做的是缩小可能的解释范围，排除了一整类早期宇宙修正方案，并将方向指向其他可能性：要么是局部距离测量的系统误差，要么是改变重组后膨胀率的晚期宇宙物理学。
Banik表示：”早期宇宙解决方案一直是理论学家中流行的方向。这一结果表明，如果答案存在于新物理学中，那么可能是在宇宙历史的后期——而不是最初几十万年——起作用的物理学。”
此外，这一结果也对S8争议——即CMB关于宇宙应该有多团块的预测与星系巡天观测到的较弱团块之间的相关不一致——产生了影响。更年轻的宇宙意味着结构生长的时间更短，可能解释了缺失的团块。通过确认标准宇宙年龄，恒星年龄表明S8争议也需要不同的解释。
该样本本身现已可供其他研究人员挖掘，Banik的团队预计恒星建模的进一步完善和即将开展的巡天的更大样本将进一步收紧年龄约束。然而就目前而言，银河系中最古老的恒星已经给出了明确的判断：宇宙并不像一些宇宙学家所希望的那样年轻。
婷 翻译