Qual é o limite superior do número de estrelas estáveis interagindo em um sistema estelar?
Lembro-me muito bem de ter lido em um artigo que é impossível ter um sistema estelar estável de 4 ou mais estrelas. O artigo justifica sua afirmação discutindo sobre a complexidade que tais sistemas teriam em termos de massa, velocidade e distância para serem estáveis. Além disso, acho que houve uma constrição relacionada ao nosso universo tridimensional, a menos que eu o confunda com outro artigo sobre por que os sistemas solares não podem se formar em 4 dimensões ... Não me lembro, porém, onde li o artigo.
E desde então eu pensei que não poderia haver sistema estelar com mais de 3 estrelas e essa crença foi reforçada com o filme Contato, quando Jody Foster viajou pelo espaço e encontrou um sistema estelar quádruplo. Que oportunidade para um filme reivindicar a existência de algo tão exótico, certo?
Recentemente, houve um rebuliço sobre o sistema de seis tuplas TIC 168789840. Portanto, ou estou muito atrasado em notícias de astronomia ou confundo os termos Sistema Estelar e Sistema Solar no artigo que li ...
Aqui está um artigo sobre o sistema mencionado.
Respostas
Não existe um verdadeiro limite superior. Você poderia argumentar que uma galáxia é um vasto sistema estelar múltiplo, com centenas de bilhões de estrelas. Galáxias naturais não são perfeitamente estáveis (encontros aleatórios ejetam estrelas em escalas de tempo muito longas), mas pode-se construir sistemas estáveis pegando pares de binários de massa semelhante e colocando-os em uma órbita circular remota em torno um do outro. Isso pode então ser repetido indefinidamente, com$2^n$ estrelas formando um vasto sistema.
Na prática, é improvável que tais sistemas organizados se formem naturalmente ( 4 níveis parecem ser o máximo observado e frequentemente envolve massas muito desiguais) e sistemas muito amplos encontrarão outras estrelas com frequência suficiente para serem desestabilizados. As excentricidades tendem a ter uma forma triangular$f(e)=2e$distribuição isotérmica, tornando as coisas menos estáveis. Veja (Duchêne & Kraus 2013) para mais estatísticas.
(Como um aparte, Jaron Lanier e Piet Hut sugeriram a construção de tais sistemas hierárquicos vastos como um indicador claro de que há vida inteligente presente.)
Três ou ilimitado, dependendo da sua definição.
Um sistema de três estrelas seria uma das soluções estáveis para o problema de n-corpos : uma grande estrela dominando o sistema, uma estrela menor orbitando-o e uma estrela muito pequena (por exemplo, uma anã vermelha) na estrela menor L4 ou Ponto L5.
No caso ilimitado, você tem duas estrelas orbitando um centro de massa comum (um sistema estável de dois corpos). Você então define dois desses pares orbitando um ao outro ; se estiverem suficientemente distantes, cada par age gravitacionalmente como se fosse um único corpo. Você pode continuar empilhando pares de pares e pares de pares de pares e assim por diante, até que fique sem espaço no Universo para eles.
Resposta curta:
A maioria das estrelas em um sistema conhecido são sete, e oito parece o máximo teórico. Mas é possível que, em situações extremas, sistemas estáveis com mais de sete estrelas sejam teoricamente possíveis.
Long Asnwer:
Parte Um de Quatro: Os Sistemas Estáveis de Estrelas são Hierárquicos.
Em sistemas estelares estáveis, as órbitas de estrelas individuais e pares de estrelas são organizadas em uma ordem hierárquica.
Ver: https://en.wikipedia.org/wiki/Star_system#Hierarchical_systems[1]
As duas estrelas em um par orbitam uma à outra mais próxima do que quaisquer outros pares ou estrelas isoladas. Um planeta ou estrela ou par de estrelas terá que orbitar um par de estrelas a uma distância de pelo menos algumas vezes sua separação para ter uma órbita estável. Essa é a razão para os tipos de órbita hierárquica discutidos no artigo.
Parte dois: O Sistema Solar Definitivo e seus limites.
Há uma bolha do astrônomo Sean Raymond chamada PlanetPlanet, com uma seção chamada The Ultimate Solar System, onde Raymond projeta sistemas solares imaginários plausíveis, o objetivo de ser um sistema com o máximo possível, embora estatisticamente muito raro e improvável, número de planetas habitáveis .
https://planetplanet.net/the-ultimate-solar-system/[2]
Então Raymond tenta colocar o maior número possível de órbitas planetárias dentro da zona habitável circunstelar de uma única estrela. Ele tenta sistemas de trojan, com dois ou três planetas compartilhando uma órbita. Ele tenta colocar planetas gigantes na zona habitável circunstelar de uma estrela, com várias luas gigantes grandes o suficiente para serem habitáveis orbitando cada planeta gigante.
Em seguida, ele tenta reunir mais e mais estrelas no sistema, cada uma com o maior número possível de planetas habitáveis.
Na "parte 6: um sistema com muitas estrelas" ele projeta seu masterpice, um sistema com 16 estrelas organizadas em uma hierarquia de 8 estrelas binárias dispostas em 4 estrelas quatenárias dispostas em 2 estrelas octenárias e um total de 384 a 576 mundos habitáveis.
E no próximo post, "A maior tragédia da história do universo", ele descreve como tal sistema solar seria dilacerado e muitos dos mundos antes habitáveis colidem com outros planetas, caem em uma estrela ou são ejetados no frio do espaço interestelar.
Os dois sistemas de 8 estrelas formando o sistema de 16 estrelas teriam que ser espaçados de tal forma que as forças titais galácticas, e a gravidade dos sistemas estelares que passam, tornariam suas órbitas quase circulares cada vez mais elípticas. Este efeito se espalharia para os quatro sistemas estelares e os pares de estrelas e, eventualmente, as órbitas de todos os planetas seriam interrompidas.
Aqui está um link para um artigo sobre o assunto:
https://www.sciencedaily.com/releases/2013/01/130106145751.htm[3]
Portanto, se isso estiver correto, um sistema com uma hierarquia de quatro níveis e no máximo oito estrelas parece ser o limite.
E, de fato, acredita-se que os dois sistemas conhecidos com mais estrelas sejam sistemas setenários com sete estrelas, Nu scorpii e aR Cassiopeiae.
https://en.wikipedia.org/wiki/Nu_Scorpii[4]
https://en.wikipedia.org/wiki/AR_Cassiopeiae[5]
Parte três: possíveis exceções.
Eu sugiro que se um sistema estelar estivesse sozinho no universo, ou pelo menos flutuando no espaço intergaláctico centenas ou milhares de anos-luz ou parsecs da outra estrela mais próxima, um sistema com muito mais do que oito estrelas deveria ser dinamicamente estável.
E Raymond separou as estrelas de cada par binário básico de seu sistema solar definitivo o suficiente para que cada estrela pudesse ter planetas em sua zona habitável. Mas se as estrelas em cada par estivessem espaçadas uma fração tão longe, muito perto para ter planetas orbitando cada estrela, então os dois conjuntos de oito estrelas também poderiam orbitar um ao outro muito mais perto, talvez perto o suficiente para evitar a interrupção.
Portanto, se não for necessário que os pares de estrelas estejam espaçados o suficiente para ter sistemas plantares, todo o sistema de 16 estrelas pode ser compacto o suficiente para evitar a interrupção e ter órbitas estáveis. É claro que um sistema solar tão vasto sem planetas pareceria um desperdício para os fãs de ficção científica, mas pode ser fisicamente possível.
Parte Quatro: Anéis de Estrelas.
No entanto, existe uma maneira pela qual é teoricamente fisicamente possível para um sistema estelar ter mais de sete estrelas em órbitas estáveis.
"O sistema solar projetado de última geração"
https://planetplanet.net/2017/05/03/the-ultimate-engineered-solar-system/[6]
apresenta uma estrela com um anel de planetas que compartilham a mesma órbita. Na verdade, vários anéis de planetas na zona habitável das estrelas. Raymond diz que entre 7 e 42 objetos astronômicos podem compartilhar uma órbita estável se tiverem massa igual e estiverem igualmente espaçados ao longo da órbita. Um arranjo que provavelmente teria que ser criado por uma civilização superavançada ao invés de acontecer naturalmente.
Sua fonte é este artigo:
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2010CeMDA.107..487S/abstract[7]
E em outro post: "O Sistema Solar Million-Earth"
https://planetplanet.net/2018/06/01/the-million-earth-solar-system/[8]
Raymond projeta um sistema hipotético com um buraco negro gigante com um milhão de vezes a massa do Sol e com um anel de estrelas ao seu redor. Em uma versão, é um anel de 9 estrelas e os muitos anéis de planetas habitáveis orbitam o buraco negro fora do anel de estrelas. Em outra versão, é um anel de 36 estrelas e os muitos anéis de planetas habitáveis orbitam o buraco negro dentro do anel de estrelas.
Então, teoricamente, um buraco traseiro supermassivo poderia ser orbitado por um ou mais anéis de estrelas de massa normal, cada anel tendo 7 a 42 estrelas.
Além dessa possibilidade teórica, acho que provavelmente 8 estrelas são as mais possíveis em um sistema estelar de formação natural com estabilidade de longo prazo.