Jaka jest górna granica liczby stabilnie oddziałujących gwiazd w układzie gwiazdowym?
Pamiętam bardzo dobrze, jak przeczytałem w artykule, że nie można mieć stabilnego systemu gwiazd składającego się z 4 lub więcej gwiazd. Artykuł uzasadniał swoje twierdzenie, omawiając złożoność takich systemów pod względem masy, prędkości i odległości, aby były stabilne. Co więcej, myślę, że istniało zwężenie związane z naszym trójwymiarowym wszechświatem, chyba że pomylę go z innym artykułem o tym, dlaczego układy słoneczne nie mogą tworzyć się w 4 wymiarach ... Nie pamiętam jednak, gdzie przeczytałem ten artykuł.
Od tego czasu myślałem, że nie może istnieć system gwiezdny z więcej niż 3 gwiazdami i to przekonanie zostało wzmocnione w filmie Kontakt, kiedy Jody Foster podróżowała w kosmos i napotkała poczwórny układ gwiezdny. Co za okazja, żeby film twierdził, że istnieje coś tak egzotycznego, prawda?
Ostatnio pojawiło się zamieszanie związane z systemem sześciu kratek TIC 168789840. Więc albo jestem bardzo opóźniony w wiadomościach astronomicznych, albo mylę terminy Układ Gwiezdny i Układ Słoneczny w artykule, który przeczytałem ...
Tutaj artykuł o wspomnianym systemie.
Odpowiedzi
Nie ma prawdziwej górnej granicy. Można argumentować, że galaktyka to rozległy układ wielu gwiazd, składający się z setek miliardów gwiazd. Naturalne galaktyki nie są idealnie stabilne (przypadkowe spotkania wyrzucają gwiazdy w bardzo długich skalach czasowych), ale stabilne układy można skonstruować, biorąc pary układów podwójnych o podobnej masie i umieszczając je na odległej kołowej orbicie wokół siebie. Można to następnie powtarzać w nieskończoność za pomocą$2^n$ gwiazdy tworzące rozległy system.
W praktyce jest mało prawdopodobne, aby takie zgrabne układy uformowały się naturalnie ( 4 poziomy wydają się być maksymalnymi obserwowanymi i często obejmują bardzo nierówne masy), a bardzo szerokie układy napotkają inne gwiazdy na tyle często, że zostaną zdestabilizowane. Ekscentryczności mają zwykle kształt trójkątny$f(e)=2e$rozkład izotermiczny, dzięki czemu rzeczy są mniej stabilne. Więcej statystyk można znaleźć w (Duchêne & Kraus 2013) .
(Na marginesie, Jaron Lanier i Piet Hut zasugerowali skonstruowanie tak rozległych systemów hierarchicznych jako jasnego wskaźnika obecności inteligentnego życia).
Albo trzy, albo nieograniczone, w zależności od twojej definicji.
Układ trzech gwiazd byłby jednym ze stabilnych rozwiązań problemu n-ciał : duża gwiazda dominująca nad układem, mniejsza gwiazda krążąca wokół niej i bardzo mała gwiazda (np. Czerwony karzeł) w L4 lub Punkt L5.
W przypadku nieograniczonym masz dwie gwiazdy krążące wokół wspólnego środka masy (stabilny układ dwóch ciał). Następnie ustawiasz dwie takie pary krążące wokół siebie ; jeśli są wystarczająco daleko od siebie, każda para działa grawitacyjnie tak, jakby była pojedynczym ciałem. Możesz układać na sobie pary par i pary par itd., Aż zabraknie dla nich miejsca we Wszechświecie.
Krótka odpowiedź:
Najwięcej gwiazd w znanym układzie to siedem, a osiem wydaje się teoretycznym maksimum. Ale jest możliwe, że w ekstremalnych sytuacjach teoretycznie możliwe są stabilne układy z więcej niż siedmioma gwiazdami.
Długie odpowiedzi:
Część pierwsza z czterech: Stabilne systemy gwiezdne są hierarchiczne.
W stabilnych układach gwiazd orbity pojedynczych gwiazd i par gwiazd są ułożone w porządku hierarchicznym.
Widzieć: https://en.wikipedia.org/wiki/Star_system#Hierarchical_systems[1]
Dwie gwiazdy w parze będą okrążać się bliżej niż jakiekolwiek inne pary lub pojedyncze gwiazdy. Planeta, gwiazda lub para gwiazd będą musiały okrążyć parę gwiazd w odległości co najmniej kilkakrotnie większej od siebie, aby mieć stabilną orbitę. To jest przyczyna hierarchicznych typów orbit omówionych w artykule.
Część druga: Ostateczny Układ Słoneczny i jego ograniczenia.
Astronom Sean Raymond stworzył plamkę o nazwie PlanetPlanet, z sekcją o nazwie The Ultimate Solar System, w której Raymond projektuje wiarygodne wyimaginowane układy słoneczne, a celem jest układ z maksymalną, choć statystycznie bardzo rzadką i nieprawdopodobną liczbą planet nadających się do zamieszkania. .
https://planetplanet.net/the-ultimate-solar-system/[2]
Tak więc Raymond próbuje umieścić jak największą liczbę planetarnych orbit wewnątrz okołogwiazdowej ekosfery pojedynczej gwiazdy. Próbuje systemów trojańskich, w których dwie lub trzy planety dzielą orbitę. Próbuje umieścić olbrzymie planety w okołogwiazdowej, nadającej się do zamieszkania strefie gwiazdy, z kilkoma gigantycznymi księżycami wystarczająco dużymi, by mogły krążyć wokół każdej olbrzymiej planety.
Następnie próbuje zebrać w układzie coraz więcej gwiazd, z których każda ma jak najwięcej planet nadających się do zamieszkania.
W „części 6: Układ z wieloma gwiazdami” projektuje swoje arcydzieło, układ z 16 gwiazdami ułożonymi w hierarchię 8 gwiazd podwójnych ułożonych w 4 gwiazdy czwartorzędowe ułożone w 2 gwiazdy oktenarne i łącznie 384 do 576 zamieszkałych światów.
W następnym poście, „Największa tragedia w historii wszechświata”, opisuje on, jak taki układ słoneczny zostałby rozdarty, a większość światów niegdyś nadających się do zamieszkania zderza się z innymi planetami, wpada w gwiazdę lub zostaje wyrzucona w zimno przestrzeni międzygwiazdowej.
Dwa układy ośmiogwiazdkowe tworzące układ 16-gwiezdny musiałyby być tak daleko od siebie, aby siły galaktyki i grawitacja przelatujących układów gwiezdnych zmieniłyby ich niegdyś prawie kołowe orbity coraz bardziej eliptyczne. Efekt ten spłynąłby do systemów czterech gwiazd i par gwiazd, a ostatecznie orbity wszystkich planet zostałyby zakłócone.
Oto link do artykułu na ten temat:
https://www.sciencedaily.com/releases/2013/01/130106145751.htm[3]
Więc jeśli to prawda, system z czteropoziomową hierarchią i najwyżej ośmioma gwiazdami wydaje się być ograniczeniem.
W rzeczywistości uważa się, że dwa znane układy z największą liczbą gwiazd to układy siódemkowe z siedmioma gwiazdami, Nu scorpii i aR Cassiopeiae.
https://en.wikipedia.org/wiki/Nu_Scorpii[4]
https://en.wikipedia.org/wiki/AR_Cassiopeiae[5]
Część trzecia: możliwe e-wyjątki.
Sugeruję, że jeśli układ gwiezdny był sam we Wszechświecie lub przynajmniej unosił się w przestrzeni międzygalaktycznej setki lub tysiące lat świetlnych lub parseków od najbliższej innej gwiazdy, układ z wieloma gwiazdami większymi niż osiem powinien być stabilny dynamicznie.
Raymond umieścił gwiazdy w każdej podstawowej podwójnej parze swojego ostatecznego Układu Słonecznego na tyle daleko od siebie, że każda gwiazda mogłaby mieć planety w swojej ekosferze. Ale jeśli gwiazdy w każdej parze byłyby oddalone o ułamek tak daleko, zbyt blisko, by planety obiegały każdą gwiazdę, to dwa zestawy ośmiu gwiazd mogłyby również okrążać się znacznie bliżej, być może wystarczająco blisko, aby uniknąć zakłóceń.
Więc jeśli nie jest wymagane, aby pary gwiazd były oddalone od siebie na tyle daleko, aby mieć układy plantacyjne, cały układ 16 gwiazd może być wystarczająco ciasny, aby uniknąć zakłóceń i mieć stabilne orbity. Oczywiście tak rozległy układ słoneczny bez żadnych planet wydawałby się marnotrawstwem dla fanów science fiction, ale może być fizycznie możliwy.
Część czwarta: Pierścienie gwiazd.
Jest jednak jeden sposób, w jaki teoretycznie jest fizycznie możliwe, aby układ gwiezdny miał więcej niż siedem gwiazd na stabilnych orbitach.
„Ostatecznie zaprojektowany układ słoneczny”
https://planetplanet.net/2017/05/03/the-ultimate-engineered-solar-system/[6]
przedstawia gwiazdę z pierścieniem planet dzielących tę samą orbitę. Właściwie kilka pierścieni planet w ekosferze gwiazd. Raymond mówi, że od 7 do 42 obiektów astronomicznych może dzielić stabilną orbitę, jeśli mają równą masę i są równo rozmieszczone wzdłuż orbity. Układ, który prawdopodobnie musiałby zostać stworzony przez super zaawansowaną cywilizację, zamiast wydarzyć się naturalnie.
Jego źródłem jest ten artykuł:
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2010CeMDA.107..487S/abstract[7]
A w innym poście: „Układ słoneczny z milionem Ziemi”
https://planetplanet.net/2018/06/01/the-million-earth-solar-system/[8]
Raymond projektuje hipotetyczny układ z gigantyczną czarną dziurą o masie milion razy większej od Słońca i pierścieniem gwiazd wokół niej. W jednej wersji jest to pierścień składający się z 9 gwiazd, a wiele pierścieni planet zamieszkałych okrąża czarną dziurę poza pierścieniem gwiazd. W innej wersji jest to pierścień składający się z 36 gwiazd, a wiele pierścieni planet zamieszkałych okrąża czarną dziurę wewnątrz pierścienia gwiazd.
Zatem teoretycznie supermasywna tylna dziura może być okrążana przez jeden lub więcej pierścieni gwiazd o normalnej masie, z których każdy ma od 7 do 42 gwiazd.
Pomijając tę teoretyczną możliwość, myślę, że prawdopodobnie 8 gwiazd jest najbardziej możliwych w naturalnie formującym się układzie gwiazd o długoterminowej stabilności.