Astronomie

Was ist die obere Grenze der Anzahl stabiler wechselwirkender Sterne in einem Sternensystem?

Was ist die obere Grenze der Anzahl stabiler wechselwirkender Sterne in einem Sternensystem?


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Ich erinnere mich sehr gut, in einem Artikel gelesen zu haben, dass es unmöglich ist, ein stabiles Sternensystem mit 4 oder mehr Sternen zu haben. Der Artikel begründete seine Behauptung mit der Diskussion über die Komplexität solcher Systeme in Bezug auf Masse, Geschwindigkeit und Abstand, um stabil zu sein. Darüber hinaus denke ich, dass es eine Einschränkung in Bezug auf unser dreidimensionales Universum gab, es sei denn, ich verwechsle es mit einem anderen Artikel darüber, warum Sonnensysteme sich nicht in 4 Dimensionen bilden können… Ich weiß jedoch nicht mehr, wo ich den Artikel gelesen habe.

Und seitdem dachte ich, dass es kein Sternensystem mit mehr als 3 Sternen geben kann und dieser Glaube wurde mit dem Film Contact verstärkt, als Jody Foster durch den Weltraum reiste und auf ein vierfaches Sternensystem traf. Was für eine Gelegenheit für einen Film, die Existenz von etwas so Exotischem zu behaupten, oder?

In letzter Zeit gab es viel Aufhebens um das Sechs-Tupel-System TIC 168789840. Entweder bin ich mit Astronomienachrichten sehr zurückgeblieben oder ich verwechsele die Begriffe Sternensystem und Sonnensystem in dem Artikel, den ich gelesen habe…

Hier ein Artikel über das oben genannte System.


Es gibt keine wahre Obergrenze. Man könnte argumentieren, dass eine Galaxie ein riesiges Mehrsternsystem mit Hunderten von Milliarden Sternen ist. Natürliche Galaxien sind nicht perfekt stabil (zufällige Begegnungen stoßen Sterne über sehr lange Zeitskalen aus), aber man kann stabile Systeme konstruieren, indem man Paare ähnlicher Doppelsterne nimmt und sie in eine entfernte kreisförmige Umlaufbahn umeinander bringt. Dies kann dann unbegrenzt wiederholt werden, mit $2^n$ Sterne bilden ein riesiges System.

In der Praxis ist es unwahrscheinlich, dass sich solche sauberen Systeme natürlich bilden (4 Ebenen scheinen das beobachtete Maximum zu sein und beinhalten oft sehr ungleiche Massen) und sehr breite Systeme werden oft genug auf andere Sterne treffen, um destabilisiert zu werden. Exzentrizitäten neigen dazu, ein Dreieck zu haben $f(e)=2e$ isotherme Verteilung, was die Dinge weniger stabil macht. Siehe (Duchêne & Kraus 2013) für weitere Statistiken.

(Nebenbei bemerkt haben Jaron Lanier und Piet Hut vorgeschlagen, solch riesige hierarchische Systeme als klaren Indikator dafür zu konstruieren, dass intelligentes Leben vorhanden ist.)


Entweder drei oder unbegrenzt, je nach Ihrer Definition.

Ein Drei-Sterne-System wäre eine der stabilen Lösungen für das n-Körper-Problem: ein großer Stern dominiert das System, ein kleinerer Stern, der es umkreist, und ein sehr kleiner Stern (z. B. ein roter Zwerg) in der L4 des kleineren Sterns oder Punkt L5.

Im unbegrenzten Fall haben Sie zwei Sterne, die einen gemeinsamen Massenschwerpunkt umkreisen (ein stabiles Zwei-Körper-System). Dann stellen Sie zwei solcher Paare ein, die einander umkreisen; Wenn sie weit genug voneinander entfernt sind, verhält sich jedes Paar gravitativ wie ein einzelner Körper. Sie können weiterhin Paare von Paaren und Paare von Paaren von Paaren und so weiter stapeln, bis Ihnen der Platz im Universum für sie ausgeht.


Kurze Antwort:

Die meisten Sterne in einem bekannten System sind sieben, und acht scheint das theoretische Maximum zu sein. Es ist jedoch möglich, dass in Extremsituationen theoretisch stabile Systeme mit mehr als sieben Sternen möglich sind.

Lange Antwort:

Teil eins von vier: Stabile Sternensysteme sind hierarchisch.

In stabilen Sternensystemen sind die Bahnen einzelner Sterne und Sternpaare hierarchisch angeordnet.

Siehe: https://en.wikipedia.org/wiki/Star_system#Hierarchical_systems[1]

Die beiden Sterne eines Paares umkreisen einander enger als alle anderen Paare oder Einzelsterne. Ein Planet oder Stern oder ein Sternpaar muss ein Sternpaar in einem Abstand von mindestens dem Mehrfachen ihres Abstands umkreisen, um eine stabile Umlaufbahn zu haben. Dies ist der Grund für die hierarchischen Bahntypen, die in dem Artikel diskutiert werden.

Teil zwei: Das ultimative Sonnensystem und seine Grenzen.

Es gibt einen Blob des Astronomen Sean Raymond namens PlanetPlanet mit einem Abschnitt namens The Ultimate Solar System, in dem Raymond plausible imaginäre Sonnensysteme entwirft, mit dem Ziel, ein System mit der maximal möglichen, wenn auch statistisch sehr seltenen und unwahrscheinlichen Anzahl bewohnbarer Planeten zu sein .

https://planetplanet.net/the-ultimate-solar-system/[2]

Raymond versucht also, die größtmögliche Anzahl von Planetenbahnen in die zirkumstellare bewohnbare Zone eines einzelnen Sterns zu bringen. Er probiert Trojaner-Systeme aus, bei denen sich zwei oder drei Planeten eine Umlaufbahn teilen. Er versucht, Riesenplaneten in die zirkumstellare bewohnbare Zone eines Sterns zu bringen, wobei mehrere Riesenmonde, die groß genug sind, um jeden Riesenplaneten zu umkreisen, bewohnbar sind.

Dann versucht er, immer mehr Sterne in das System einzubauen, jeder mit möglichst vielen bewohnbaren Planeten.

In "Teil 6: Ein System mit vielen Sternen" entwirft er sein Masterpice, ein System mit 16 Sternen, die in einer Hierarchie von 8 Doppelsternen angeordnet sind, die in 4 Quartärsternen angeordnet sind, die in 2 Achtzigsternen angeordnet sind, und insgesamt 384 bis 576 bewohnbaren Welten.

Und im nächsten Beitrag "Die größte Tragödie in der Geschichte des Universums" beschreibt er, wie ein solches Sonnensystem auseinandergerissen würde und die meisten der einst bewohnbaren Welten mit anderen Planeten kollidieren, in einen Stern fallen oder in die Kälte des interstellaren Raums.

Die beiden 8-Sterne-Systeme, aus denen das 16-Sterne-System besteht, müssten so weit voneinander entfernt sein, dass galaktische Höhenkräfte und die Schwerkraft vorbeiziehender Sternsysteme ihre einst fast kreisförmigen Bahnen immer mehr elliptisch drehen würden. Dieser Effekt würde auf die vier Sternensysteme und die Sternpaare herabrieseln, und schließlich würden die Umlaufbahnen aller Planeten gestört.

Hier ein Link zu einem Artikel zum Thema:

https://www.sciencedaily.com/releases/2013/01/130106145751.htm[3]

Wenn das also richtig ist, scheint ein System mit einer vierstufigen Hierarchie und mit höchstens acht Sternen die Grenze zu sein.

Tatsächlich wird angenommen, dass die beiden bekannten Systeme mit den meisten Sternen siebensternige Systeme sind, Nu scorpii und AR Cassiopeiae.

https://en.wikipedia.org/wiki/Nu_Scorpii[4]

https://en.wikipedia.org/wiki/AR_Cassiopeiae[5]

Teil Drei: Mögliche Ausnahmen.

Ich schlage vor, dass ein System mit viel mehr als acht Sternen dynamisch stabil sein sollte, wenn ein Sternensystem allein im Universum wäre oder zumindest im intergalaktischen Raum Hunderte oder Tausende von Lichtjahren oder Parsecs vom nächsten anderen Stern entfernt schwebte.

Und Raymond platzierte die Sterne in jedem elementaren Doppelpaar seines ultimativen Sonnensystems weit genug auseinander, dass jeder Stern Planeten in seiner bewohnbaren Zone haben konnte. Aber wenn die Sterne in jedem Paar einen Bruchteil so weit voneinander entfernt wären, zu nah, um jeden Stern von Planeten umkreisen zu lassen, dann könnten die beiden Gruppen von acht Sternen auch viel enger umeinander kreisen, vielleicht nahe genug, um eine Störung zu vermeiden.

Wenn es also nicht erforderlich ist, dass die Sternpaare weit genug voneinander entfernt sind, um Plantarsysteme zu haben, könnte das gesamte 16-Sterne-System eng genug sein, um Störungen zu vermeiden und stabile Umlaufbahnen zu haben. Natürlich wäre ein so riesiges Sonnensystem ohne Planeten für Science-Fiction-Fans eine Verschwendung, aber es könnte physikalisch möglich sein.

Teil vier: Ringe der Sterne.

Es gibt jedoch eine Möglichkeit, wie es theoretisch physikalisch möglich ist, dass ein Sternensystem mehr als sieben oder acht Sterne in stabilen Umlaufbahnen hat.

"Das ultimativ konstruierte Sonnensystem"

https://planetplanet.net/2017/05/03/the-ultimate-engineered-solar-system/[6]

enthält einen Stern mit einem Ring von Planeten, die dieselbe Umlaufbahn teilen. Tatsächlich mehrere Ringe von Planeten in der habitablen Zone der Sterne. Raymond sagt, dass zwischen 7 und 42 astronomische Objekte eine stabile Umlaufbahn teilen können, wenn sie die gleiche Masse haben und entlang der Umlaufbahn gleichmäßig verteilt sind. Ein Arrangement, das wahrscheinlich von einer super fortgeschrittenen Zivilisation geschaffen werden müsste, anstatt natürlich zu passieren.

Seine Quelle ist dieses Papier:

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2010CeMDA.107… 487S/abstract[7]

Und in einem anderen Beitrag: "Das Millionen-Erden-Sonnensystem"

https://planetplanet.net/2018/06/01/the-million-earth-solar-system/[8]

Raymond entwirft ein hypothetisches System mit einem riesigen Schwarzen Loch mit der millionenfachen Masse der Sonne und einem Ring von Sternen um ihn herum. In einer Version ist es ein Ring aus 9 Sternen und die vielen Ringe bewohnbarer Planeten umkreisen das Schwarze Loch außerhalb des Sternenrings. In einer anderen Version gibt es einen Ring aus 36 Sternen und die vielen Ringe bewohnbarer Planeten umkreisen das Schwarze Loch im Inneren des Sternenrings.

Theoretisch könnte also ein supermassives Hinterloch von einem oder mehreren Ringen normalmasseiger Sterne umkreist werden, wobei jeder Ring 7 bis 42 Sterne hat.

Abgesehen von dieser theoretischen Möglichkeit denke ich, dass wahrscheinlich 8 Sterne in einem natürlich entstehenden Sternensystem die bestmögliche Langzeitstabilität haben, wenn dieses Sternensystem innerhalb einer Galaxie kreist und starken Gezeitenkräften von anderen Sternen ausgesetzt ist.


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