Was ist die Obergrenze der Anzahl stabiler wechselwirkender Sterne in einem Sternensystem?
Ich erinnere mich sehr gut daran, dass ich in einem Artikel gelesen habe, dass es unmöglich ist, ein stabiles Sternensystem mit 4 oder mehr Sternen zu haben. Der Artikel begründete seine Behauptung, über die Komplexität solcher Systeme in Bezug auf Masse, Geschwindigkeit und Entfernung zu diskutieren, um stabil zu sein. Darüber hinaus glaube ich, dass es eine Verengung in Bezug auf unser dreidimensionales Universum gab, es sei denn, ich verwechsle es mit einem anderen Artikel darüber, warum sich Sonnensysteme nicht in vier Dimensionen bilden können ... Ich erinnere mich jedoch nicht, wo ich den Artikel gelesen habe.
Und seitdem dachte ich, es könnte kein Sternensystem mit mehr als 3 Sternen geben, und dieser Glaube wurde mit dem Film Contact durchgesetzt, als Jody Foster durch den Weltraum reiste und auf ein Vierfachsternsystem stieß. Was für eine Gelegenheit für einen Film, die Existenz von etwas so Exotischem zu behaupten, oder?
Vor kurzem gab es viel Aufhebens um das Sechs-Tupel-System TIC 168789840. Entweder bin ich in den Astronomie-Nachrichten sehr zurückgeblieben oder ich verwechsle die Begriffe Sternensystem und Sonnensystem in dem Artikel, den ich gelesen habe ...
Hier ein Artikel über das oben genannte System.
Antworten
Es gibt keine echte Obergrenze. Man könnte argumentieren, dass eine Galaxie ein riesiges Mehrsternsystem mit Hunderten von Milliarden Sternen ist. Natürliche Galaxien sind nicht perfekt stabil (zufällige Begegnungen werfen Sterne über sehr lange Zeiträume aus), aber man kann stabile Systeme konstruieren, indem man Paare von Binärdateien ähnlicher Masse nimmt und sie in eine entfernte Kreisbahn umeinander legt. Dies kann dann auf unbestimmte Zeit mit wiederholt werden$2^n$ Sterne bilden ein riesiges System.
In der Praxis ist es unwahrscheinlich, dass sich solche sauberen Systeme auf natürliche Weise bilden ( 4 Ebenen scheinen das maximal beobachtete zu sein und beinhalten oft sehr ungleiche Massen), und sehr breite Systeme treffen oft genug auf andere Sterne, um destabilisiert zu werden. Exzentrizitäten neigen dazu, ein Dreieck zu haben$f(e)=2e$isotherme Verteilung, wodurch die Dinge weniger stabil werden. Weitere Statistiken finden Sie unter (Duchêne & Kraus 2013) .
(Nebenbei haben Jaron Lanier und Piet Hut vorgeschlagen , so große hierarchische Systeme zu konstruieren, dass dies ein klarer Indikator dafür ist, dass intelligentes Leben vorhanden ist.)
Je nach Definition entweder drei oder unbegrenzt.
Ein Drei-Sterne-System wäre eine der stabilen Lösungen für das n-Körper-Problem : ein großer Stern, der das System dominiert, ein kleinerer Stern, der es umkreist, und ein sehr kleiner Stern (z. B. ein roter Zwerg) im L4 oder des kleineren Sterns L5 Punkt.
Im unbegrenzten Fall haben Sie zwei Sterne, die einen gemeinsamen Schwerpunkt umkreisen (ein stabiles Zweikörpersystem). Sie setzen dann zwei solche Paare einander umkreisen ; Wenn sie weit genug voneinander entfernt sind, wirkt jedes Paar gravitativ, als wäre es ein einzelner Körper. Sie können Paare von Paaren und Paare von Paaren usw. so lange stapeln, bis Sie im Universum keinen Platz mehr für sie haben.
Kurze Antwort:
Die meisten Sterne in einem bekannten System sind sieben, und acht scheint das theoretische Maximum zu sein. Es ist jedoch möglich, dass in extremen Situationen stabile Systeme mit mehr als sieben Sternen theoretisch möglich sind.
Lange Antwort:
Teil eins von vier: Stabile Sternensysteme sind hierarchisch.
In stabilen Sternensystemen sind die Umlaufbahnen einzelner Sterne und Sternpaare in einer hierarchischen Reihenfolge angeordnet.
Sehen: https://en.wikipedia.org/wiki/Star_system#Hierarchical_systems[1]
Die beiden Sterne eines Paares umkreisen sich enger als alle anderen Paare oder Einzelsterne. Ein Planet oder Stern oder ein Paar Sterne muss ein Paar Sterne in einem Abstand von mindestens ein paar Mal ihrer Trennung umkreisen, um eine stabile Umlaufbahn zu haben. Dies ist der Grund für die im Artikel beschriebenen hierarchischen Umlaufbahntypen.
Teil zwei: Das ultimative Sonnensystem und seine Grenzen.
Es gibt einen Blob des Astronomen Sean Raymond namens PlanetPlanet mit einem Abschnitt namens The Ultimate Solar System, in dem Raymond plausible imaginäre Sonnensysteme entwirft, mit dem Ziel, ein System mit der maximal möglichen, wenn auch statistisch sehr seltenen und unwahrscheinlichen Anzahl bewohnbarer Planeten zu sein .
https://planetplanet.net/the-ultimate-solar-system/[2]
Also versucht Raymond, die größtmögliche Anzahl von Planetaryorbits in die zirkumstellare bewohnbare Zone eines einzelnen Sterns zu bringen. Er versucht es mit Trojanern, wobei sich zwei oder drei Planeten eine Umlaufbahn teilen. Er versucht, Riesenplaneten in die zirkumstellare bewohnbare Zone eines Sterns zu bringen, wobei mehrere Riesenmonde groß genug sind, um bewohnbar zu sein und jeden Riesenplaneten zu umkreisen.
Dann versucht er, immer mehr Sterne in das System einzubauen, von denen jeder so viele bewohnbare Planeten wie möglich hat.
In "Teil 6: Ein System mit vielen Sternen" entwirft er sein Masterpice, ein System mit 16 Sternen, die in einer Hierarchie von 8 Doppelsternen angeordnet sind, die in 4 quatenären Sternen angeordnet sind, die in 2 Oktenarsternen angeordnet sind, und insgesamt 384 bis 576 bewohnbaren Welten.
Und im nächsten Beitrag "Die größte Tragödie in der Geschichte des Universums" beschreibt er, wie ein solches Sonnensystem zerrissen wird und die meisten der einst bewohnbaren Welten mit anderen Planeten kollidieren, in einen Stern fallen oder in den Planeten ausgestoßen werden Kälte des interstellaren Raumes.
Die beiden 8-Sterne-Systeme, aus denen sich das 16-Sterne-System zusammensetzt, müssten so weit voneinander entfernt sein, dass die galakischen Titalkräfte und die Schwerkraft vorbeiziehender Sternensysteme ihre einst fast kreisförmigen Bahnen immer elliptischer machen würden. Dieser Effekt würde sich auf die Vier-Sterne-Systeme und die Sternpaare auswirken, und schließlich würden die Oribits aller Planeten gestört.
Hier ist ein Link zu einem Artikel zu diesem Thema:
https://www.sciencedaily.com/releases/2013/01/130106145751.htm[3]
Wenn das richtig ist, scheint ein System mit einer vierstufigen Hierarchie und höchstens acht Sternen die Grenze zu sein.
Tatsächlich wird angenommen, dass die beiden bekannten Systeme mit den meisten Sternen septenäre Systeme mit sieben Sternen sind, Nu scorpii und aR Cassiopeiae.
https://en.wikipedia.org/wiki/Nu_Scorpii[4]
https://en.wikipedia.org/wiki/AR_Cassiopeiae[5]
Dritter Teil: Mögliche eExceptions.
Ich schlage vor, dass ein System mit viel mehr als acht Sternen dynamisch stabil sein sollte, wenn ein Sternensystem allein im Universum war oder zumindest Hunderte oder Tausende von Lichtjahren oder Parsecs vom nächsten anderen Stern im intergalaktischen Raum schwebte.
Und Raymond hat die Sterne in jedem binären Grundpaar seines ultimativen Sonnensystems so weit voneinander entfernt, dass jeder Stern Planeten in seiner bewohnbaren Zone haben könnte. Aber wenn die Sterne in jedem Paar einen Bruchteil so weit voneinander entfernt wären, zu nahe, um Planeten zu haben, die jeden Stern umkreisen, könnten sich die beiden Sätze von acht Sternen auch viel näher umkreisen, vielleicht nahe genug, um Störungen zu vermeiden.
Wenn es also nicht erforderlich ist, dass die Sternepaare weit genug voneinander entfernt sind, um Plantarsysteme zu haben, ist das gesamte 16-Sterne-System möglicherweise eng genug, um Störungen zu vermeiden und stabile Umlaufbahnen zu haben. Natürlich scheint ein so riesiges Sonnensystem ohne Planeten für Science-Fiction-Fans eine Verschwendung zu sein, aber es könnte physikalisch möglich sein.
Vierter Teil: Ringe der Sterne.
Es gibt jedoch eine Möglichkeit, wie es theoretisch physikalisch möglich ist, dass ein Sternensystem mehr als sieben Sterne in stabilen Umlaufbahnen hat.
"Das ultimative technische Sonnensystem"
https://planetplanet.net/2017/05/03/the-ultimate-engineered-solar-system/[6]
kennzeichnet einen Stern mit einem Ring von Planeten, die die gleiche Umlaufbahn teilen. Eigentlich mehrere Planetenringe in der bewohnbaren Zone der Sterne. Laut Raymond können sich zwischen 7 und 42 astronomische Objekte eine stabile Umlaufbahn teilen, wenn sie die gleiche Masse haben und entlang der Umlaufbahn gleich weit voneinander entfernt sind. Ein Arrangement, das wahrscheinlich durch eine hochentwickelte Zivilisation geschaffen werden müsste, anstatt auf natürliche Weise zu geschehen.
Seine Quelle ist dieses Papier:
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2010CeMDA.107..487S/abstract[7]
Und in einem anderen Beitrag: "The Million-Earth Solar System"
https://planetplanet.net/2018/06/01/the-million-earth-solar-system/[8]
Raymond entwirft ein hypothetisches System mit einem riesigen Schwarzen Loch mit der millionenfachen Masse der Sonne und einem Ring aus Sternen. In einer Version ist es ein Ring aus 9 Sternen und die vielen Ringe bewohnbarer Planeten umkreisen das Schwarze Loch außerhalb des Ringes der Sterne. In einer anderen Version ist es ein Ring aus 36 Sternen und die vielen Ringe bewohnbarer Planeten umkreisen das Schwarze Loch im Ring der Sterne.
Theoretisch könnte ein supermassives Rückloch von einem oder mehreren Ringen normaler Massensterne umkreist werden, wobei jeder Ring 7 bis 42 Sterne hat.
Abgesehen von dieser theoretischen Möglichkeit denke ich, dass wahrscheinlich 8 Sterne in einem sich natürlich bildenden Sternensystem mit Langzeitstabilität am besten möglich sind.