Quelle est la limite supérieure du nombre d'étoiles stables en interaction dans un système stellaire?
Je me souviens très bien d'avoir lu dans un article qu'il est impossible d'avoir un système stellaire stable de 4 étoiles ou plus. L'article justifiait son affirmation en discutant de la complexité que de tels systèmes auraient en termes de masse, de vitesse et de distance pour être stables. De plus, je pense qu'il y avait une constriction liée à notre univers en 3 dimensions, à moins que je ne le confonde avec un autre article sur les raisons pour lesquelles les systèmes solaires ne peuvent pas se former en 4 dimensions ... Je ne me souviens pas cependant où j'ai lu l'article.
Et depuis lors, je pensais qu'il ne pouvait pas y avoir de système stellaire avec plus de 3 étoiles et cette croyance a été renforcée avec le film Contact lorsque Jody Foster a voyagé dans l'espace et a rencontré un système quadruple étoiles. Quelle opportunité pour un film de revendiquer l'existence de quelque chose d'aussi exotique, non?
Récemment, le système à six tuple TIC 168789840 a fait beaucoup de bruit. Donc soit je suis très en retard dans l'actualité astronomique, soit je confond les termes Star System et Solar System dans l'article que j'ai lu ...
Voici un article sur le système susmentionné.
Réponses
Il n'y a pas de véritable limite supérieure. On pourrait soutenir qu'une galaxie est un vaste système d'étoiles multiples, avec des centaines de milliards d'étoiles. Les galaxies naturelles ne sont pas parfaitement stables (les rencontres aléatoires éjectent des étoiles sur de très longues échelles de temps), mais on peut construire des systèmes stables en prenant des paires de binaires de masse similaire et en les plaçant sur une orbite circulaire éloignée les unes autour des autres. Cela peut ensuite être répété indéfiniment, avec$2^n$ étoiles formant un vaste système.
En pratique, il est peu probable que de tels systèmes nets se forment naturellement ( 4 niveaux semblent être le maximum observé et impliquent souvent des masses très inégales) et des systèmes très larges rencontreront d'autres étoiles assez souvent pour être déstabilisés. Les excentricités ont tendance à avoir un triangle$f(e)=2e$distribution isotherme, rendant les choses moins stables. Voir (Duchêne & Kraus 2013) pour plus de statistiques.
(En passant, Jaron Lanier et Piet Hut ont suggéré de construire des systèmes hiérarchiques aussi vastes comme un indicateur clair de l'existence d'une vie intelligente.)
Soit trois, soit illimité, selon votre définition.
Un système à trois étoiles serait l'une des solutions stables au problème des n corps : une grande étoile dominant le système, une étoile plus petite en orbite autour de lui, et une très petite étoile (par exemple une naine rouge) dans la plus petite étoile L4 ou Point L5.
Dans le cas illimité, vous avez deux étoiles en orbite autour d'un centre de masse commun (un système stable à deux corps). Vous définissez ensuite deux de ces paires en orbite l'une autour de l'autre ; s'ils sont suffisamment éloignés l'un de l'autre, chaque paire agit gravitationnellement comme s'il s'agissait d'un seul corps. Vous pouvez continuer à empiler des paires de paires, et des paires de paires de paires, et ainsi de suite, jusqu'à ce que vous manquiez de place dans l'Univers pour elles.
Réponse courte:
Le plus grand nombre d'étoiles dans un système connu sont sept, et huit semble être le maximum théorique. Mais il est possible que dans des situations extrêmes, des systèmes stables avec plus de sept étoiles soient théoriquement possibles.
Long Asnwer:
Première partie de quatre: les systèmes stables en étoile sont hiérarchiques.
Dans les systèmes stellaires stables, les orbites des étoiles individuelles et des paires d'étoiles sont organisées dans un ordre hiérarchique.
Voir: https://en.wikipedia.org/wiki/Star_system#Hierarchical_systems[1]
Les deux étoiles d'une paire s'orbiteront plus étroitement que toute autre paire ou étoile unique. Une planète ou une étoile ou une paire d'étoiles devra orbiter autour d'une paire d'étoiles à une distance d'au moins quelques fois leur séparation afin d'avoir une orbite stable. C'est la raison des types d'orbites hiérarchiques abordés dans l'article.
Deuxième partie: Le système solaire ultime et ses limites.
Il y a un blob de l'astronome Sean Raymond appelé PlanetPlanet, avec une section appelée The Ultimate Solar System, où Raymond conçoit des systèmes solaires imaginaires plausibles, le but étant d'être un système avec le nombre maximal possible, bien que statistiquement très rare et improbable, de planètes habitables .
https://planetplanet.net/the-ultimate-solar-system/[2]
Raymond essaie donc de placer le plus grand nombre possible d'orbites planétaires à l'intérieur de la zone habitable circumstellaire d'une seule étoile. Il essaie des systèmes de chevaux de Troie, avec deux ou trois planètes partageant une orbite. Il essaie de placer des planètes géantes dans la zone habitable circumstellaire d'une étoile, avec plusieurs lunes géantes assez grandes pour être habitables en orbite autour de chaque planète géante.
Puis il essaie d'assembler de plus en plus d'étoiles dans le système, chacune avec autant de planètes habitables que possible.
Dans "partie 6: Un système avec de nombreuses étoiles", il conçoit son masterpice, un système de 16 étoiles disposées en une hiérarchie de 8 étoiles binaires disposées en 4 étoiles quaternaires disposées en 2 étoiles octénaires, et un total de 384 à 576 mondes habitables.
Et dans le prochain article, "La plus grande tragédie de l'histoire de l'univers", il décrit comment un tel système solaire serait déchiré et que la plupart des mondes autrefois habitables entrent en collision avec d'autres planètes, tombent dans une étoile ou sont éjectés dans le froid de l'espace interstellaire.
Les deux systèmes à 8 étoiles formant le système à 16 étoiles devraient être si éloignés l'un de l'autre que les forces galaciques et la gravité des systèmes d'étoiles qui passent, tourneraient leurs orbites autrefois presque circulaires de plus en plus elliptiques. Cet effet se répercuterait sur les systèmes à quatre étoiles et les paires d'étoiles, et finalement les oribits de toutes les planètes seraient perturbés.
Voici un lien vers un article sur le sujet:
https://www.sciencedaily.com/releases/2013/01/130106145751.htm[3]
Donc, si cela est correct, un système avec une hiérarchie à quatre niveaux et avec au plus huit étoiles semblerait être la limite.
Et en fait, les deux systèmes connus avec le plus d'étoiles seraient des systèmes septénaires à sept étoiles, Nu scorpii et aR Cassiopeiae.
https://en.wikipedia.org/wiki/Nu_Scorpii[4]
https://en.wikipedia.org/wiki/AR_Cassiopeiae[5]
Troisième partie: eExceptions possibles.
Je suggère que si un système stellaire était seul dans l'univers, ou au moins flottant dans un espace intergalactique à des centaines ou des milliers d'années-lumière ou parsecs de l'autre étoile la plus proche, un système avec beaucoup plus de huit étoiles devrait être dynamiquement stable.
Et Raymond a suffisamment espacé les étoiles dans chaque paire binaire de base de son système solaire ultime pour que chaque étoile puisse avoir des planètes dans sa zone habitable. Mais si les étoiles de chaque paire étaient espacées d'une fraction aussi loin, trop près pour avoir des planètes en orbite autour de chaque étoile, alors les deux ensembles de huit étoiles pourraient également tourner en orbite beaucoup plus près, peut-être assez près pour éviter les perturbations.
Donc, s'il n'est pas nécessaire que les paires d'étoiles soient suffisamment espacées pour avoir des systèmes plantaires, l'ensemble du système à 16 étoiles pourrait être suffisamment serré pour éviter les perturbations et avoir des orbites stables. Bien sûr, un système solaire aussi vaste sans planètes semblerait être un gaspillage pour les fans de science-fiction, mais cela pourrait être physiquement possible.
Quatrième partie: anneaux d'étoiles.
Cependant, il existe un moyen théoriquement possible pour un système stellaire d'avoir plus de sept étoiles sur des orbites stables.
«Le système solaire conçu par excellence»
https://planetplanet.net/2017/05/03/the-ultimate-engineered-solar-system/[6]
présente une étoile avec un anneau de planètes partageant la même orbite. En fait, plusieurs anneaux de planètes dans la zone habitable des étoiles. Raymond dit qu'entre 7 et 42 objets astronomiques peuvent partager une orbite stable s'ils ont une masse égale et sont également espacés le long de l'orbite. Un arrangement qui devrait probablement être créé par une civilisation super avancée au lieu de se produire naturellement.
Sa source est cet article:
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2010CeMDA.107..487S/abstract[7]
Et dans un autre article: "Le système solaire Million-Earth"
https://planetplanet.net/2018/06/01/the-million-earth-solar-system/[8]
Raymond conçoit un système hypothétique avec un trou noir géant avec un million de fois la masse du Soleil, et avec un anneau d'étoiles autour de lui. Dans une version, il s'agit d'un anneau de 9 étoiles et les nombreux anneaux de planètes habitables gravitent autour du trou noir à l'extérieur de l'anneau d'étoiles. Dans une autre version, il s'agit d'un anneau de 36 étoiles et les nombreux anneaux de planètes habitables gravitent autour du trou noir à l'intérieur de l'anneau d'étoiles.
Donc, théoriquement, un trou arrière supermassif pourrait être mis en orbite par un ou plusieurs anneaux d'étoiles de masse normale, chaque anneau ayant 7 à 42 étoiles.
En dehors de cette possibilité théorique, je pense que probablement 8 étoiles sont les plus possibles dans un système stellaire naturellement formé avec une stabilité à long terme.