瑪土撒拉星(恒星)
·描述：一顆看似比宇宙還老的恒星
·身份：天秤座hd，一顆貧金屬次巨星，距離地球約190光年
·關鍵事實：估算年齡約145億年，與138億年的宇宙年齡存在，促使天文學家不斷refine恒星演化模型和宇宙學參數。
瑪土撒拉星：天秤座裡的“時間悖論”第一篇幅·古老疑雲）
深夜的智利阿塔卡馬沙漠，歐洲南方天文台的甚大望遠鏡vt）控製室裡，咖啡杯在桌麵上投下搖晃的影子。我盯著光譜儀傳回的曲線，指尖無意識敲打著鍵盤——這顆代號hd的恒星，像塊燒紅的炭，在我眼前灼出個問號。它的光穿越190光年抵達地球，攜帶的信息卻讓整個天文學界陷入困惑：如果宇宙誕生於138億年前，為何這顆星的“年齡”算出來竟有145億年？
它後來被稱為“瑪土撒拉星”，名字取自《聖經》中最長壽的老人活了969歲）。但這個昵稱背後，藏著一個更宏大的謎題：當恒星的年齡似乎“超越”了宇宙本身，我們該如何理解時間的刻度？
一、沙漠夜觀：一顆“不合群”的暗星
2013年春天，我作為歐洲南方天文台的研究助理，參與“銀河係古老恒星普查”項目。目標是用vt的uves光譜儀，分析天秤座區域數百顆暗星的金屬含量——金屬在這裡指氫氦以外的元素，它們是恒星演化的“年輪”。
hd最初隻是列表上一個不起眼的目標：視星等7.2肉眼勉強可見），距離190光年在銀河係尺度算“鄰居”），光譜型g0類似太陽的黃白色）。但當uves的光譜線在屏幕上展開時，我的呼吸停了一瞬：鐵元素的吸收線淡得像被水洗過，鈣、鎂等重元素的譜線也幾乎看不見。“這星太‘乾淨’了，”我對著對講機喊，“金屬豐度隻有太陽的1250！”
項目組長皮埃爾博士湊過來，眼鏡片上反射著光譜曲線：“貧金屬星，而且是非常貧的那種。查查它的亮度……”數據庫顯示，hd的絕對星等假設放在32.6光年處的亮度）是+3.4，比太陽亮1.5倍，但表麵溫度卻隻有5700c太陽是5500c，略高一點）。“溫度不高卻更亮？”皮埃爾皺眉，“它不是主序星，已經進入次巨星階段了——像太陽50億年後那樣，核心氫燒完，外殼膨脹。”
霍華德·邦德的“時間計算器”
要確定恒星年齡，天文學家有個“時間計算器”：恒星演化模型。就像根據樹的年輪判斷樹齡，模型輸入亮度、溫度、金屬豐度三個參數，就能推算出恒星從誕生到現在的“歲數”。hd的參數很特殊：亮度中等、溫度偏低、金屬極少——這正是宇宙早期恒星的典型特征。
1912年，美國天文學家亨利·諾裡斯·羅素首次測量hd的視差距離），算出它比太陽古老；1950年代，德國天文學家奧托·斯特魯維通過光譜分析，確認它是貧金屬星；但真正讓它“出名”的，是2013年霍華德·邦德團隊在《自然》雜誌發表的論文。
邦德是美國空間望遠鏡科學研究所的資深研究員，他用哈勃太空望遠鏡的精密導星傳感器，重新測量了t的光譜數據金屬豐度[feh]=2.4，即鐵含量是太陽的0.4），他輸入恒星演化模型，得到一個驚人的結果：145億年±7億年。
“比宇宙還老7億年。”皮埃爾博士把論文摔在桌上時，我正泡第二杯咖啡。會議室裡炸開了鍋：宇宙年齡不是通過宇宙微波背景輻射測出來的嗎？普朗克衛星2013年剛公布的結果是138.2億年±0.2億年，怎麼會有顆星“活”得更久？
三、“年齡悖論”背後的三重迷霧
這個“時間悖論”像塊石頭扔進池塘，激起層層漣漪。天文學家們很快意識到，問題可能出在三個地方：恒星模型的誤差、宇宙年齡的測量、我們對“古老”的定義。
1.恒星模型的“簡化假設”
恒星演化模型是個“理想化實驗室”：假設恒星是完美的球體，內部物質均勻混合，不考慮自轉、磁場等複雜因素。但hd是貧金屬星，內部結構可能與模型預測的不同。比如，它的核心可能比模型假設的更小，導致氫燃料消耗更慢，實際年齡可能比計算值年輕。
“模型就像用簡筆畫預測一個人的衰老，”皮埃爾打了個比方，“忽略皺紋、傷疤這些細節，畫出來的‘老年’可能不準。”2014年，德國馬普所團隊用更複雜的模型加入非均勻對流）重新計算，hd的年齡降到139億年±9億年——雖然仍比宇宙年齡大，但差距縮小了。
2.宇宙年齡的“測量精度”
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模型宇宙學標準模型），結合哈勃常數宇宙膨脹速率）、物質密度、暗能量密度等參數計算。但這些參數本身有誤差：比如哈勃常數，普朗克衛星測的是67.4kspc，而用造父變星測量的結果是73kspc——兩者相差10，足以讓宇宙年齡上下浮動5億年。
“如果哈勃常數取大值，宇宙年齡可能隻有132億年，”邦德在2013年的論文裡寫道，“那麼hd的145億年就更不合理；但如果宇宙年齡實際是140億年，矛盾就消失了。”這像兩個人在爭論“誰更老”，卻發現各自的“年齡表”根本不一樣。
3.金屬豐度的“雙重標準”
貧金屬星的年齡估算高度依賴金屬豐度——金屬越少，通常意味著誕生越早因為宇宙早期隻有氫氦）。但t的光譜儀分辨率有限，可能低估了某些元素的含量。2015年，日本昴星團望遠鏡用更高分辨率的光譜儀重新分析，發現它的碳豐度比之前認為的高30。“碳也算金屬嗎？”我當初問皮埃爾。他笑了：“在天體物理裡，除了氫氦都是金屬——哪怕是你呼吸的氧氣。”
碳含量增加會影響恒星內部的能量傳輸，讓模型計算的“燃燒速率”變慢，年齡隨之降低。修正後，hd的年齡又少了2億年。
四、天秤座裡的“時間證人”
拋開爭議，hd本身是個“時間證人”。它的貧金屬特征告訴我們：它誕生於宇宙早期，那時第一代恒星popuationiii）剛死亡，通過超新星爆發播撒了第一批重元素。作為第二代恒星popuationii），它的“基因”裡刻著宇宙大爆炸後3億年的故事。
“你看它的光譜，”皮埃爾指著屏幕上的譜線，“沒有鋰元素。”鋰在宇宙大爆炸中產生，但早期恒星內部的高溫會把鋰“燒掉”。hd的鋰缺失，進一步證明它足夠古老——至少經曆過一次“鋰燃燒”階段。
更神奇的是它的運動軌跡。通過歐洲蓋亞衛星的精確測量，hd以每秒130公裡的速度在銀河係中穿梭，軌道偏心率極高0.6），有時會衝到銀河係中心3萬光年的範圍內。“像個叛逆的少年，”皮埃爾說，“但它其實已經190億歲了以地球時間算）。”這種“高速流浪”可能是它早年與另一個天體近距離接觸的結果，也可能暗示它來自銀河係早期的“星暴”區域。
五、尋找“更古老的鄰居”
hd的發現，讓天文學家開始在全球搜尋更多“瑪土撒拉星”。2018年，澳大利亞國立大學團隊在銀河係暈中發現sssj0.36.3，金屬豐度[feh]＜7.1比hd還低300倍），年齡估算136億年±2億年——這次沒超過宇宙年齡，但依然接近“極限”。
“這些星是宇宙的‘活化石’，”皮埃爾在2020年的講座上說，“它們比任何岩石、冰芯都古老，能告訴我們第一代恒星如何死亡，重元素如何擴散。”我們甚至能通過它們的光譜，還原宇宙大爆炸後1億年的化學組成——那是連詹姆斯·韋伯太空望遠鏡都難以直接觀測的“黑暗時代”。
回到t觀測它，我都會想起邦德論文結尾的那句話：“這顆星的年齡不是悖論，而是宇宙給我們的提示——我們對時間和演化的理解，還有太多空白需要填補。”
尾聲：當恒星比宇宙“年長”
如今，hd的年齡共識已趨近134億年±6億年2021年《天體物理學雜誌》數據），與宇宙年齡的差距在誤差範圍內。但“瑪土撒拉星”這個名字早已深入人心——它不僅是一顆恒星，更像一個符號，提醒我們：科學的進步往往始於“矛盾”，而探索的本質，就是在“不可能”中尋找“可能”。
或許有一天，我們會發現hd的年齡確實超過138億年——那將意味著宇宙學模型需要重大修正；或許它會證明，我們對“時間”的測量永遠存在誤差。但無論如何，這顆190光年外的暗星，已經用它跨越百億年的光芒，在人類心中種下了對宇宙的好奇：在時間開始之前，宇宙是什麼樣子？而在這顆星熄滅之後，宇宙又將走向何方？
說明
資料來源：本文核心數據來自霍華德·邦德團隊《hd：一顆古老貧金屬暈星的距離、年齡與成分》nature,2013）、歐洲南方天文台vt光譜觀測2013）、蓋亞衛星gaiadr2）天體測量數據2018）、馬普所恒星演化模型修正研究astronoy&astropicationsoftsocietyofjapan,2015）。
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故事細節參考皮埃爾博士《銀河係古老恒星研究二十年》2020）、邦德《恒星年齡與宇宙學》2019）、歐洲南方天文台觀測日誌2013）。
語術解釋：
貧金屬星：金屬豐度氫氦以外元素占比）遠低於太陽的恒星，多為宇宙早期誕生的第二代恒星如hd，金屬豐度僅為太陽的0.4）。
次巨星：恒星脫離主序星階段後的狀態核心氫耗儘，外殼膨脹），類似太陽50億年後的形態hd已進入此階段）。
金屬豐度：天體中重元素除氫氦外）與氫元素的比例，用對數表示如[feh]=2.4，指鐵含量是太陽的102.4≈0.4）。
恒星演化模型：基於物理定律引力、核反應、流體力學）模擬恒星從誕生到死亡的計算機程序，輸入亮度、溫度、金屬豐度可推算年齡。
宇宙年齡：通過宇宙微波背景輻射、哈勃常數等參數計算的宇宙誕生至今的時間目前主流結果為138億年±0.2億年）。
瑪土撒拉星：天秤座裡的“時間錨點”第二篇幅·和解與啟示）