Giới hạn trên của số lượng các ngôi sao tương tác ổn định trong một hệ thống sao là gì?
Tôi nhớ rất rõ khi đọc một bài báo rằng không thể có một hệ sao ổn định từ 4 sao trở lên. Bài báo đã biện minh cho tuyên bố của mình khi thảo luận về sự phức tạp của các hệ thống như vậy về khối lượng, vận tốc và khoảng cách để ổn định. Hơn nữa, tôi nghĩ rằng có một sự co thắt liên quan đến vũ trụ 3 chiều của chúng ta, trừ khi tôi nhầm lẫn nó với một bài báo khác về lý do tại sao các hệ mặt trời không thể hình thành trong 4 chiều ... Tôi không nhớ mặc dù tôi đã đọc bài báo ở đâu.
Và kể từ đó tôi nghĩ rằng không thể có hệ sao có nhiều hơn 3 sao và niềm tin đó đã được thực thi với bộ phim Contact khi Jody Foster du hành xuyên không gian và chạm trán với một hệ bốn sao. Thật là cơ hội cho một bộ phim khẳng định sự tồn tại của một thứ quá kỳ lạ, phải không?
Gần đây có một vụ ồn ào về hệ thống sáu bộ TIC 168789840. Vì vậy, hoặc tôi rất lạc hậu về tin tức thiên văn học hoặc tôi nhầm lẫn giữa các thuật ngữ Hệ sao và Hệ mặt trời trong bài báo tôi đã đọc ...
Đây là một bài báo về hệ thống nói trên.
Trả lời
Không có giới hạn trên thực sự. Bạn có thể tranh luận rằng một thiên hà là một hệ thống nhiều sao rộng lớn, với hàng trăm tỷ ngôi sao. Các thiên hà tự nhiên không hoàn toàn ổn định (các cuộc gặp ngẫu nhiên phóng ra các ngôi sao trong khoảng thời gian rất dài), nhưng người ta có thể xây dựng các hệ thống ổn định bằng cách lấy các cặp nhị phân có khối lượng tương tự và đặt chúng vào một quỹ đạo tròn từ xa xung quanh nhau. Sau đó, điều này có thể được lặp lại vô thời hạn, với$2^n$ các ngôi sao tạo thành một hệ thống rộng lớn.
Trong thực tế, các hệ thống gọn gàng như vậy khó có thể hình thành một cách tự nhiên ( 4 cấp dường như là mức tối đa quan sát được và thường bao gồm các khối lượng rất không bằng nhau) và các hệ thống rất rộng sẽ chạm trán với các ngôi sao khác thường đủ để gây mất ổn định. Người lập dị thường có hình tam giác$f(e)=2e$phân bố đẳng nhiệt, làm cho mọi thứ kém ổn định hơn. Xem (Duchêne & Kraus 2013) để biết thêm số liệu thống kê.
(Ngoài ra, Jaron Lanier và Piet Hut đã đề xuất xây dựng các hệ thống phân cấp rộng lớn như vậy như một dấu hiệu rõ ràng rằng có sự sống thông minh hiện diện.)
Ba hoặc không bị ràng buộc, tùy thuộc vào định nghĩa của bạn.
Hệ ba sao sẽ là một trong những giải pháp ổn định cho vấn đề vật thể n : một ngôi sao lớn chiếm ưu thế trong hệ thống, một ngôi sao nhỏ hơn quay quanh nó, và một ngôi sao rất nhỏ (ví dụ như sao lùn đỏ) trong L4 của ngôi sao nhỏ hơn hoặc Điểm L5.
Trong trường hợp không bị ràng buộc, bạn có hai ngôi sao quay quanh một khối tâm chung (một hệ hai vật thể ổn định). Sau đó, bạn đặt hai cặp như vậy quay quanh nhau ; nếu chúng cách nhau đủ xa, mỗi cặp sẽ tác động lực hấp dẫn như thể nó là một vật thể duy nhất. Bạn có thể tiếp tục xếp chồng từng cặp, từng cặp của cặp, v.v., cho đến khi bạn hết chỗ trong Vũ trụ cho chúng.
Câu trả lời ngắn:
Hầu hết các ngôi sao trong một hệ thống đã biết là bảy, và tám có vẻ như là cực đại lý thuyết. Nhưng về mặt lý thuyết, có thể xảy ra những hệ thống ổn định với hơn bảy ngôi sao trong những tình huống khắc nghiệt.
Long Asnwer:
Phần Một trong Bốn: Hệ thống Sao ổn định là Phân cấp.
Trong các hệ sao ổn định, quỹ đạo của các sao và các cặp sao riêng lẻ được sắp xếp theo thứ tự phân cấp.
Xem: https://en.wikipedia.org/wiki/Star_system#Hierarchical_systems[1]
Hai ngôi sao trong một cặp sẽ quay quanh nhau gần hơn bất kỳ cặp nào khác hoặc các sao đơn lẻ sẽ quay quanh nhau. Một hành tinh hoặc một ngôi sao hoặc một cặp sao sẽ phải quay quanh một cặp sao ở khoảng cách ít nhất một vài lần khoảng cách của chúng để có một quỹ đạo ổn định. Đó là lý do cho các loại quỹ đạo phân cấp được thảo luận trong bài báo.
Phần hai: Hệ mặt trời tối thượng và giới hạn của nó.
Có một đốm màu của nhà thiên văn học Sean Raymond được gọi là PlanetPlanet, với một phần gọi là Hệ Mặt trời Tối thượng, nơi Raymond thiết kế các hệ mặt trời tưởng tượng hợp lý, mục tiêu trở thành một hệ thống có số lượng hành tinh có thể sinh sống được là rất hiếm và không thể thống kê được. .
https://planetplanet.net/the-ultimate-solar-system/[2]
Vì vậy, Raymond cố gắng đưa số lượng quỹ đạo hành tinh lớn nhất có thể vào bên trong vùng có thể sinh sống được của một ngôi sao đơn lẻ. Anh ta thử các hệ thống trojan, với hai hoặc ba hành tinh chia sẻ quỹ đạo. Ông cố gắng đặt các hành tinh khổng lồ trong vùng có thể sinh sống được của một ngôi sao, với một số mặt trăng khổng lồ đủ lớn để có thể sinh sống được quay quanh mỗi hành tinh khổng lồ.
Sau đó, anh ta cố gắng tập hợp ngày càng nhiều ngôi sao vào hệ thống, mỗi ngôi sao có càng nhiều hành tinh có thể sinh sống được.
Trong "phần 6: Một hệ thống với nhiều ngôi sao", anh ấy thiết kế masterpice của mình, một hệ thống với 16 ngôi sao được sắp xếp theo thứ bậc gồm 8 ngôi sao đôi được sắp xếp trong 4 ngôi sao tứ phân được sắp xếp trong 2 ngôi sao bát phân, và có tổng cộng 384 đến 576 thế giới có thể sinh sống được.
Và trong bài đăng tiếp theo, "Thảm kịch lớn nhất trong lịch sử vũ trụ", ông mô tả cách một hệ mặt trời như vậy sẽ bị xé nát và hầu hết các thế giới từng có thể sinh sống sẽ va chạm với các hành tinh khác, rơi vào một ngôi sao hoặc bị đẩy ra lạnh của không gian giữa các vì sao.
Hai hệ thống 8 sao tạo nên hệ thống 16 sao sẽ phải đặt cách xa nhau đến mức các lực thiên hà và lực hấp dẫn của các hệ sao đi qua, sẽ biến quỹ đạo từng là gần như tròn của chúng ngày càng giống hình elip hơn. Hiệu ứng này sẽ nhỏ giọt xuống bốn hệ thống sao và các cặp sao, và cuối cùng các quỹ đạo của tất cả các hành tinh sẽ bị phá vỡ.
Đây là một liên kết đến một bài báo về chủ đề này:
https://www.sciencedaily.com/releases/2013/01/130106145751.htm[3]
Vì vậy, nếu điều đó là chính xác, một hệ thống có phân cấp bốn cấp và có nhiều nhất là tám sao dường như là giới hạn.
Và trên thực tế, hai hệ đã biết với nhiều sao nhất được cho là các hệ riêng biệt với bảy sao, Nu scorpii và aR Cassiopeiae.
https://en.wikipedia.org/wiki/Nu_Scorpii[4]
https://en.wikipedia.org/wiki/AR_Cassiopeiae[5]
Phần ba: Các ngoại lệ có thể xảy ra.
Tôi đề nghị rằng nếu một hệ sao chỉ có một mình trong vũ trụ, hoặc ít nhất là trôi nổi trong không gian giữa các thiên hà cách ngôi sao khác gần nhất hàng trăm hoặc hàng nghìn năm ánh sáng hoặc phân tích cú pháp từ ngôi sao khác gần nhất, thì một hệ có nhiều hơn tám ngôi sao phải ổn định về mặt động lực.
Và Raymond đã đặt các ngôi sao trong mỗi cặp nhị phân cơ bản của hệ mặt trời cuối cùng của mình đủ xa để mỗi ngôi sao có thể có các hành tinh trong vùng sinh sống của nó. Nhưng nếu các ngôi sao trong mỗi cặp cách nhau một phần quá xa, quá gần để các hành tinh quay quanh mỗi ngôi sao, thì hai bộ tám ngôi sao cũng có thể quay quanh nhau gần hơn nhiều, có lẽ đủ gần để tránh bị gián đoạn.
Vì vậy, nếu không yêu cầu các cặp sao phải đặt cách nhau đủ xa để có hệ thống thực vật, thì toàn bộ hệ thống 16 sao có thể đủ chặt chẽ để tránh bị gián đoạn và có quỹ đạo ổn định. Tất nhiên một hệ mặt trời rộng lớn như vậy mà không có bất kỳ hành tinh nào có vẻ như là một sự lãng phí đối với những người hâm mộ khoa học viễn tưởng, nhưng về mặt vật lý thì có thể.
Phần thứ tư: Những chiếc nhẫn của những vì sao.
Tuy nhiên, có một cách về mặt lý thuyết có thể thực hiện được về mặt lý thuyết đối với một hệ sao có nhiều hơn bảy ngôi sao trong quỹ đạo ổn định.
"Hệ mặt trời được chế tạo tối tân"
https://planetplanet.net/2017/05/03/the-ultimate-engineered-solar-system/[6]
có một ngôi sao với một vòng các hành tinh chia sẻ cùng một quỹ đạo. Trên thực tế, một số vòng của các hành tinh trong vùng có thể sinh sống được của các ngôi sao Raymond nói rằng từ 7 đến 42 vật thể thiên văn có thể chia sẻ một quỹ đạo ổn định nếu chúng có khối lượng bằng nhau và cách đều nhau dọc theo quỹ đạo. Một sự sắp xếp có lẽ phải được tạo ra bởi một phương pháp hóa siêu tiên tiến thay vì diễn ra một cách tự nhiên.
Nguồn của anh ấy là bài báo này:
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2010CeMDA.107..487S/abstract[7]
Và trong một bài đăng khác: "Hệ Mặt Trời Triệu Trái Đất"
https://planetplanet.net/2018/06/01/the-million-earth-solar-system/[8]
Raymond thiết kế một hệ thống giả thuyết với một lỗ đen khổng lồ có khối lượng gấp một triệu lần Mặt trời và với một vòng các ngôi sao xung quanh nó. Trong một phiên bản của chúng là một vành đai gồm 9 ngôi sao và nhiều vành đai của các hành tinh có thể sinh sống quay quanh lỗ đen bên ngoài vành đai các ngôi sao. Trong một phiên bản khác của chúng là một vành đai gồm 36 ngôi sao và nhiều vành đai của các hành tinh có thể sinh sống quay quanh lỗ đen bên trong vành đai các ngôi sao.
Vì vậy, về mặt lý thuyết, một lỗ sau siêu lớn có thể được quay quanh bởi một hoặc nhiều vòng sao có khối lượng bình thường, mỗi vòng có từ 7 đến 42 ngôi sao.
Ngoài khả năng lý thuyết đó, tôi nghĩ rằng có lẽ 8 ngôi sao là có thể có nhất trong một hệ thống sao hình thành tự nhiên với sự ổn định lâu dài.