Какова верхняя граница количества стабильных взаимодействующих звезд в звездной системе?
Я очень хорошо помню, как читал в статье, что невозможно иметь стабильную звездную систему из 4 или более звезд. Статья оправдывала свое заявление, обсуждая сложность, которую такие системы должны иметь с точки зрения массы, скорости и расстояния, чтобы быть стабильными. Более того, я думаю, что было ограничение, связанное с нашей 3-мерной Вселенной, если я не путаю это с другой статьей о том, почему солнечные системы не могут формироваться в 4-х измерениях ... Я не помню, где я читал эту статью.
И с тех пор я подумал, что не может быть звездной системы с более чем 3 звездами, и это убеждение было подтверждено в фильме «Контакт», когда Джоди Фостер путешествовал по космосу и столкнулся с четверной звездной системой. Какая возможность для фильма заявить о существовании чего-то столь экзотического, верно?
Недавно возникла шумиха по поводу системы с шестью кортежами TIC 168789840. Так что либо я сильно отстаю в астрономических новостях, либо путаю термины Звездная система и Солнечная система в статье, которую я прочитал ...
Здесь статья о вышеупомянутой системе.
Ответы
Истинной верхней границы нет. Вы можете возразить, что галактика - это огромная множественная звездная система с сотнями миллиардов звезд. Природные галактики не совсем стабильны (случайные столкновения выбрасывают звезды в течение очень долгого времени), но можно построить стабильные системы, взяв пары двойных систем с одинаковой массой и поместив их на удаленную круговую орбиту вокруг друг друга. Затем это можно повторять бесконечно, с$2^n$ звезды, образующие обширную систему.
На практике такие аккуратные системы вряд ли могут образоваться естественным путем ( 4 уровня кажутся максимальными наблюдаемыми и часто включают очень неравные массы), а очень широкие системы будут встречаться с другими звездами достаточно часто, чтобы быть дестабилизирующими. Эксцентриситет обычно имеет треугольную форму.$f(e)=2e$изотермическое распределение, делающее вещи менее стабильными. См. (Duchêne & Kraus 2013) для получения дополнительной статистики.
(Кстати, Джарон Ланье и Пит Хат предложили построить такие обширные иерархические системы в качестве четкого индикатора наличия разумной жизни.)
Либо три, либо неограниченное количество, в зависимости от вашего определения.
Трехзвездочная система была бы одним из стабильных решений проблемы n тел : большая звезда, доминирующая в системе, меньшая звезда, вращающаяся вокруг нее, и очень маленькая звезда (например, красный карлик) в L4 или L4 меньшей звезды. Точка L5.
В неограниченном случае у вас есть две звезды, вращающиеся вокруг общего центра масс (устойчивая система из двух тел). Затем вы устанавливаете две такие пары, вращающиеся вокруг друг друга ; если они находятся достаточно далеко друг от друга, каждая пара действует гравитационно, как если бы это было одно тело. Вы можете складывать пары пар, пары пар пар и так далее, пока у вас не закончится место во Вселенной для них.
Короткий ответ:
Наибольшее количество звезд в известной системе - семь, и восемь кажутся теоретическим максимумом. Но возможно, что в экстремальных ситуациях теоретически возможны стабильные системы с более чем семью звездами.
Длинный ответ:
Часть первая из четырех: стабильные звездные системы иерархичны.
В стабильных звездных системах орбиты отдельных звезд и пар звезд расположены в иерархическом порядке.
Видеть: https://en.wikipedia.org/wiki/Star_system#Hierarchical_systems[1]
Две звезды в паре будут вращаться вокруг друг друга более близко, чем любые другие пары или одиночные звезды. Планета, звезда или пара звезд должны будут вращаться вокруг пары звезд на расстоянии, по крайней мере, в несколько раз превышающем их расстояние, чтобы иметь стабильную орбиту. Это причина иерархических типов орбит, обсуждаемых в статье.
Часть вторая: Конечная солнечная система и ее пределы.
Есть капля астронома Шона Рэймонда под названием PlanetPlanet с разделом под названием The Ultimate Solar System, где Раймонд проектирует правдоподобные воображаемые солнечные системы, цель которых - создать систему с максимально возможным, хотя статистически очень редким и невероятным, количеством пригодных для жизни планет. .
https://planetplanet.net/the-ultimate-solar-system/[2]
Поэтому Раймонд пытается поместить как можно большее количество планетных орбит в околозвездную обитаемую зону одной звезды. Он пробует троянские системы с двумя или тремя планетами на одной орбите. Он пытается поместить планеты-гиганты в околозвездную обитаемую зону звезды с несколькими гигантскими лунами, достаточно большими, чтобы их можно было обитать, на орбите каждой гигантской планеты.
Затем он пытается собрать в систему все больше и больше звезд, каждая из которых имеет как можно больше пригодных для жизни планет.
В «Части 6: Система со многими звездами» он разрабатывает свой шедевр, систему с 16 звездами, расположенными в иерархии из 8 двойных звезд, расположенных в 4 четвертичных звезд, расположенных в 2 октенарных звезды, и в общей сложности от 384 до 576 обитаемых миров.
А в следующем посте «Самая большая трагедия в истории Вселенной» он описывает, как такая солнечная система будет разорвана, и большинство когда-то обитаемых миров столкнутся с другими планетами, упадут в звезды или будут выброшены в холод межзвездного пространства.
Две 8 звездные системы, составляющие 16 звездную систему, должны быть разнесены так далеко друг от друга, чтобы галактические силы и гравитация проходящих звездных систем превращали их некогда почти круглые орбиты во все более и более эллиптические. Этот эффект распространится на четыре звездные системы и пары звезд, и в конечном итоге орбиты всех планет будут нарушены.
Вот ссылка на статью по этой теме:
https://www.sciencedaily.com/releases/2013/01/130106145751.htm[3]
Так что, если это так, система с четырехуровневой иерархией и не более чем с восемью звездами может показаться пределом.
Фактически, две известные системы с наибольшим количеством звезд считаются семеричными системами с семью звездами, Nu scorpii и aR Cassiopeiae.
https://en.wikipedia.org/wiki/Nu_Scorpii[4]
https://en.wikipedia.org/wiki/AR_Cassiopeiae[5]
Часть третья: возможные исключения.
Я предполагаю, что если звездная система была единственной во Вселенной или хотя бы плавала в межгалактическом пространстве на сотни или тысячи световых лет или парсеков от ближайшей другой звезды, система, состоящая из более чем восьми звезд, должна быть динамически стабильной.
И Раймонд расположил звезды в каждой основной двойной паре своей окончательной солнечной системы достаточно далеко друг от друга, чтобы каждая звезда могла иметь планеты в своей обитаемой зоне. Но если бы звезды в каждой паре были расположены на таком большом расстоянии, слишком близко, чтобы планеты вращались вокруг каждой звезды, тогда два набора из восьми звезд также могли бы вращаться вокруг друг друга намного ближе, возможно, достаточно близко, чтобы избежать разрыва.
Таким образом, если не требуется, чтобы пары звезд были расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы иметь планарные системы, вся система из 16 звезд может быть достаточно плотной, чтобы избежать разрушения и иметь стабильные орбиты. Конечно, такая огромная солнечная система без планет покажется фанатам научной фантастики пустой тратой, но это может быть физически возможно.
Часть четвертая: Звездные кольца.
Однако есть один способ, которым теоретически физически возможно, чтобы звездная система имела более семи звезд на стабильных орбитах.
"Совершенно спроектированная солнечная система"
https://planetplanet.net/2017/05/03/the-ultimate-engineered-solar-system/[6]
изображает звезду с кольцом планет, находящихся на одной орбите. Фактически несколько колец планет в зоне обитаемости звезд. Раймонд говорит, что от 7 до 42 астрономических объектов могут делить стабильную орбиту, если они имеют равную массу и равномерно расположены по орбите. Аранжировка, которая, вероятно, должна быть создана сверхвысокой цивилизацией, а не происходить естественным путем.
Его источником является эта статья:
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2010CeMDA.107..487S/abstract[7]
И в другом посте: "Солнечная система на миллион Земли".
https://planetplanet.net/2018/06/01/the-million-earth-solar-system/[8]
Раймонд разрабатывает гипотетическую систему с гигантской черной дырой, масса которой в миллион раз превышает массу Солнца, и с кольцом звезд вокруг нее. По одной из версий, это кольцо из 9 звезд и множество колец пригодных для жизни планет, вращающихся вокруг черной дыры за пределами звездного кольца. По другой версии, это кольцо из 36 звезд и множество колец пригодных для жизни планет, вращающихся вокруг черной дыры внутри звездного кольца.
Таким образом, теоретически сверхмассивная задняя дыра может вращаться вокруг одного или нескольких колец звезд нормальной массы, каждое из которых имеет от 7 до 42 звезд.
Помимо этой теоретической возможности, я думаю, что, вероятно, 8 звезд являются наиболее вероятными в естественно формирующейся звездной системе с долгосрочной стабильностью.