Qual è il limite superiore del numero di stelle interagenti stabili in un sistema stellare?
Ricordo molto bene di aver letto in un articolo che è impossibile avere un sistema stellare stabile di 4 o più stelle. L'articolo giustificava la sua affermazione discutendo della complessità che tali sistemi avrebbero in termini di massa, velocità e distanza per essere stabili. Inoltre penso che ci fosse una costrizione legata al nostro universo tridimensionale, a meno che non lo confonda con un altro articolo sul perché i sistemi solari non possono formarsi in 4 dimensioni ... Non ricordo però dove ho letto l'articolo.
E da allora ho pensato che non ci potesse essere un sistema stellare con più di 3 stelle e questa convinzione è stata rafforzata con il film Contact quando Jody Foster ha viaggiato nello spazio e ha incontrato un sistema stellare quadruplo. Che opportunità per un film di rivendicare l'esistenza di qualcosa di così esotico, giusto?
Recentemente c'è stato un polverone sul sistema a sei tuple TIC 168789840. Quindi o sono molto indietro nelle notizie di astronomia o confondo i termini Sistema stellare e Sistema solare nell'articolo che ho letto ...
Qui un articolo sul suddetto sistema.
Risposte
Non esiste un vero limite superiore. Si potrebbe sostenere che una galassia è un vasto sistema stellare multiplo, con centinaia di miliardi di stelle. Le galassie naturali non sono perfettamente stabili (incontri casuali espellono stelle su scale temporali molto lunghe), ma si possono costruire sistemi stabili prendendo coppie di binari di massa simile e posizionandoli in un'orbita circolare remota l'uno intorno all'altro. Questo può quindi essere ripetuto indefinitamente, con$2^n$ stelle che formano un vasto sistema.
In pratica è improbabile che tali sistemi ordinati si formino naturalmente ( 4 livelli sembrano essere il massimo osservato e spesso coinvolgono masse molto disuguali) e sistemi molto ampi incontreranno altre stelle abbastanza spesso da essere destabilizzati. Le eccentricità tendono ad avere un triangolo$f(e)=2e$distribuzione isotermica, rendendo le cose meno stabili. Vedi (Duchêne & Kraus 2013) per ulteriori statistiche.
(Per inciso , Jaron Lanier e Piet Hut hanno suggerito di costruire sistemi gerarchici così vasti come un chiaro indicatore della presenza di vita intelligente.)
O tre, o illimitato, a seconda della tua definizione.
Un sistema a tre stelle sarebbe una delle soluzioni stabili al problema degli n-corpi : una grande stella che domina il sistema, una stella più piccola in orbita attorno ad esso e una stella molto piccola (ad es. Una nana rossa) nel L4 della stella più piccola o Punto L5.
Nel caso illimitato, hai due stelle in orbita attorno a un centro di massa comune (un sistema stabile a due corpi). Quindi si mettono due di queste coppie in orbita l'una sull'altra ; se sono sufficientemente distanti, ogni coppia agisce gravitazionalmente come se fosse un corpo unico. Puoi continuare a impilare coppie di coppie e coppie di coppie di coppie e così via, finché non esaurisci lo spazio nell'Universo per loro.
Risposta breve:
Il maggior numero di stelle in un sistema conosciuto sono sette e otto sembra il massimo teorico. Ma è possibile che in situazioni estreme sistemi stabili con più di sette stelle possano essere teoricamente possibili.
Asnwer lungo:
Parte prima di quattro: i sistemi stellari stabili sono gerarchici.
Nei sistemi stellari stabili le orbite delle singole stelle e delle coppie di stelle sono disposte in ordine gerarchico.
Vedere: https://en.wikipedia.org/wiki/Star_system#Hierarchical_systems[1]
Le due stelle in una coppia orbiteranno l'una intorno all'altra più strettamente di qualsiasi altra coppia o singola stella. Un pianeta o una stella o una coppia di stelle dovrà orbitare attorno a una coppia di stelle a una distanza di almeno un paio di volte la loro separazione per avere un'orbita stabile. Questa è la ragione per i tipi di orbite gerarchiche discussi nell'articolo.
Parte seconda: Il sistema solare definitivo e i suoi limiti.
C'è un blob dell'astronomo Sean Raymond chiamato PlanetPlanet, con una sezione chiamata The Ultimate Solar System, dove Raymond progetta sistemi solari immaginari plausibili, l'obiettivo di essere un sistema con il numero massimo possibile, sebbene statisticamente molto raro e improbabile, di pianeti abitabili .
https://planetplanet.net/the-ultimate-solar-system/[2]
Quindi Raymond cerca di mettere il maggior numero possibile di orbite planetarie all'interno della zona abitabile circumstellare di una singola stella. Prova sistemi trojan, con due o tre pianeti che condividono un'orbita. Cerca di mettere pianeti giganti nella zona abitabile circumstellare di una stella, con diverse lune giganti abbastanza grandi da essere abitabili in orbita attorno a ciascun pianeta gigante.
Quindi cerca di assemblare sempre più stelle nel sistema, ognuna con il maggior numero possibile di pianeti abitabili.
Nella "parte 6: Un sistema con molte stelle" disegna il suo capolavoro, un sistema con 16 stelle disposte in una gerarchia di 8 stelle binarie disposte in 4 stelle quatenarie disposte in 2 stelle ottenarie, e un totale da 384 a 576 mondi abitabili.
E nel prossimo post, "La più grande tragedia nella storia dell'universo", descrive come un tale sistema solare sarebbe distrutto e la maggior parte dei mondi una volta abitabili si scontrerebbe con altri pianeti, cadrebbe in una stella o sarebbe espulsa nel freddo dello spazio interstellare.
I due sistemi a 8 stelle che compongono il sistema a 16 stelle dovrebbero essere distanziati così tanto che le forze titali galaciche, e la gravità dei sistemi stellari di passaggio, farebbero girare le loro orbite un tempo quasi circolari sempre più ellittiche. Questo effetto si propagherebbe ai quattro sistemi stellari e alle coppie di stelle, e alla fine le orbite di tutti i pianeti verrebbero interrotte.
Ecco un collegamento a un articolo sull'argomento:
https://www.sciencedaily.com/releases/2013/01/130106145751.htm[3]
Quindi, se ciò è corretto, un sistema con una gerarchia di quattro livelli e con al massimo otto stelle sembrerebbe essere il limite.
E in effetti, si ritiene che i due sistemi conosciuti con il maggior numero di stelle siano sistemi settenari con sette stelle, Nu scorpii e aR Cassiopeae.
https://en.wikipedia.org/wiki/Nu_Scorpii[4]
https://en.wikipedia.org/wiki/AR_Cassiopeiae[5]
Parte terza: Possibili eccezioni.
Suggerisco che se un sistema stellare fosse solo nell'universo, o almeno fluttuasse nello spazio intergalattico a centinaia o migliaia di anni luce o parsec dall'altra stella più vicina, un sistema con molte più di otto stelle dovrebbe essere dinamicamente stabile.
E Raymond ha distanziato le stelle in ciascuna coppia binaria di base del suo sistema solare finale abbastanza distanti da consentire a ciascuna stella di avere pianeti nella sua zona abitabile. Ma se le stelle in ciascuna coppia fossero distanziate di una frazione così lontana, troppo vicine per avere pianeti in orbita attorno a ciascuna stella, allora i due gruppi di otto stelle potrebbero anche orbitare l'uno intorno all'altro, forse abbastanza vicini da evitare interruzioni.
Quindi, se non è richiesto che le coppie di stelle siano sufficientemente distanziate per avere sistemi plantari, l'intero sistema a 16 stelle potrebbe essere abbastanza stretto da evitare interruzioni e avere orbite stabili. Ovviamente un sistema solare così vasto senza pianeti sembrerebbe uno spreco per i fan della fantascienza, ma potrebbe essere fisicamente possibile.
Parte quarta: Anelli di stelle.
Tuttavia, esiste un modo in cui è teoricamente fisicamente possibile che un sistema stellare abbia più di sette stelle in orbite stabili.
"Il sistema solare ingegnerizzato definitivo"
https://planetplanet.net/2017/05/03/the-ultimate-engineered-solar-system/[6]
presenta una stella con un anello di pianeti che condividono la stessa orbita. In realtà diversi anelli di pianeti nella zona abitabile delle stelle. Raymond dice che tra 7 e 42 oggetti astronomici possono condividere un'orbita stabile se hanno massa uguale e sono equidistanti lungo l'orbita. Un arrangiamento che probabilmente dovrebbe essere creato da una civiltà super avanzata invece di accadere naturalmente.
La sua fonte è questo documento:
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2010CeMDA.107..487S/abstract[7]
E in un altro post: "The Million-Earth Solar System"
https://planetplanet.net/2018/06/01/the-million-earth-solar-system/[8]
Raymond progetta un ipotetico sistema con un gigantesco buco nero con un milione di volte la massa del Sole e con un anello di stelle attorno ad esso. In una versione il loro è un anello di 9 stelle ei molti anelli di pianeti abitabili orbitano attorno al buco nero al di fuori dell'anello di stelle. In un'altra versione il loro è un anello di 36 stelle ei numerosi anelli di pianeti abitabili orbitano attorno al buco nero all'interno dell'anello di stelle.
Quindi teoricamente un buco posteriore supermassiccio potrebbe essere orbitato da uno o più anelli di stelle di massa normale, ogni anello con 7 a 42 stelle.
A parte questa possibilità teorica, penso che probabilmente 8 stelle siano le più possibili in un sistema stellare a formazione naturale con stabilità a lungo termine.