Считается, что из всех обнаруженных на сегодняшний день экзопланет около сотни вращаются вокруг систем двойных звезд. Интересно, что среди этих планет существуют такие, которые вращаются вокруг только одного компаньона двойной звёздной системы, ну и конечно те, орбита которых огибает обе звезды, как Татуин из космической саги "Звёздные войны".
Открытие двойных звезд
Открытие двойных звезд стало одним из первых достижений, сделанных с помощью астрономического бинокля. Первой системой данного типа была пара Мицар в созвездии Большой Медведицы, которая была открыта Ричолли, астрономом из Италии. Правда, в то время не было сведений о том, есть ли физическая связь между звёздами в такой системе.
Некоторые учёные придерживались точки зрения о том, что двойные звёзды зависят от общей звёздной ассоциации. Их аргументом был неоднородный блеск составляющих пары. Поэтому складывалось впечатление, что их разделяет значительное расстояние, на котором невозможно установить связь. Для подтверждения или опровержения этой гипотезы потребовалось измерение годичного звёздного параллакса. В 1804 году Вильям Гершель, который вёл свои наблюдения в течение 24 лет, издал каталог с подробным описанием 700 двойных звёзд. Гершель учёл противоречие гипотезы, попытавшись его разрешить, и к своему удивлению выяснил, что траектория каждой звезды имеет сложную эллиптическую форму, а не вид симметричных колебаний с периодом в полгода, как предполагалось. Согласно физическим законам небесной механики два связанных гравитацией тела передвигаются по орбите эллиптической формы, именно поэтому результаты исследования Гершеля стали доказательством предположения о том, что в двойных звёздных системах есть гравитационная связь.
Классификация двойных звёзд.
За годы исследований сформировалась всеми принятая классификация звёзд этого типа. В самом общем виде двойные звёзды разделяют на два типа: звёзды, между которыми не происходит обмена масс, и звёзды, между которыми он происходит, происходил или будет происходить в будущем. При этом, звёзды, обменивающиеся веществом, подразделяются на контактные и полуразделённые. В контактных системах обе звезды заполняют свои полости Роша. В полуразделенных – только одна звезда.
Помимо этого двойные звёзды принято группировать на следующие классы: спектрально-двойственные, двойные фотометричные, визуально-двойные. Данная классификация позволяет составить представление о звёздной классификации, однако не отражает внутреннюю структуру.
Визуально-двойные звёзды.
Двойственность этих звёзд с лёгкостью может быть замечена при непосредственных наблюдениях в телескоп (а в редких случаях и невооруженным глазом). Сегодня существуют данные о 70 000 визуально-двойных звёзд. Они настолько удалены друг от друга, что один орбитальный период этого класса двойных звёзд может иметь продолжительность от нескольких десятилетий до нескольких веков.
Двойные фотометрические звезды
О двойственной природе таких звёзд можно узнать только по периодическим колебаниям их блеска. Во время своего движения звёзды такого типа по очереди загораживают друг друга, поэтому их нередко называют затменно-двойными. Орбитальные плоскости данных звёзд приближены к направлению луча зрения. Чем меньше площадь затмения, тем ниже блеск звезды. Изучив кривую блеска, исследователь может рассчитать угол наклона плоскости орбиты. При фиксации двух затмений на кривой блеска будут два минимума (снижения). Период, когда отмечаются 3 последовательных минимума на кривой блеска, называют орбитальным периодом. Период этих двойных звёзд продолжается от пары часов до нескольких суток, что делает его намного более коротким по отношению к периоду визуально-двойных звёзд.
Спектрально-двойственные звезды
Когда компоненты двойной системы находятся на минимальном расстоянии и их идентификация с помощью телескопа осложнена, их двойственность определяется методом спектроскопии, когда исследователи фиксируют процесс расщепления спектральных линий, вызванный эффектом Доплера. Однако далеко не каждая двойная звезда носит спектральный характер. Оба компонента системы могут сближаться и отдаляться друг от друга в радиальном направлении.
Сколько двойных звёзд во Вселенной?
Согласно результатам астрономических исследований соотношение одинарных и двойных звёзд рассчитать крайне сложно. Как и говорилось выше, в ряде случаев, зафиксировать двойные звёзды крайне сложно. Так, на сегодняшний день предполагается, что доля двойных звёзд во Вселенной варьируется от 30% до 70%. Следует помнить, что астрономам также известно довольно большое количество тройных и квадро звёздных систем, поэтому выходит, что систем с одиночными звёздами вроде нашей в масштабах Вселенной менее 50%.
Могут ли быть обитаемыми землеподобные планеты у двойных звёзд?
Нет ничего феноменального в том, что и двойные звёзды имеют свою зону обитаемости. Год назад на эту тему было проведено интересное исследование, которое опубликовано в издании Nature Communications.
«Двойные звёздные системы, изучаемые в данной работе, являются превосходными кандидатами на обладание подходящими землеподобными планетами, несмотря на большие разницы получаемого света в такой системе», — говорит Макс Попп, один из участников работы.
Попп и Зигфрид Эггл из Калифорнийского технологического института разработали модель планеты в системе Kepler 35. Пара звёзд Kepler 35A и Kepler 35B действительно обладают планетой, которая получила наименование Kepler 35b, размер которой в восемь раз превышает размер Земли, а её орбитальный период равен 131,5 земных дня. В своих исследованиях учёные пренебрегли гравитационным влиянием этой планеты и добавили в модель гипотетическую землеподобную планету, покрытую водой. Исследователи моделировали поведение этой планеты, задавая ей орбитальные периоды, равные 341 и 380 земными днями.
«Наше исследование мотивировано тем, что поиск потенциально пригодных для существования жизни планет требует больших усилий. Таким образом, важно знать заранее, где лучше искать», — говорит Эггл.
Помимо прочего, планета, движущаяся вокруг системы двойных звёзд, будет перемещаться по довольно сложной орбите в зависимости от гравитационного взаимодействия между двумя звёздами и их взаимодействия на планету.
В работе говорится о том, что на дальнем рубеже зоны обитаемости в двойной системе Kepler 35 у гипотетической планеты, должны быть значительные перепады температуры на поверхности.
«Это похоже на климат земных пустынь, в которых происходят серьёзные перепады температур при смене времени суток. Количество воды в воздухе имеет огромное значение».
Но вблизи внутренней границы зоны обитаемости средние температуры поверхности на той же планете остаются почти постоянными. Это вызвано тем, что ближе к звёздам больше воды переходит в состояние водяного пара, который начинает действовать как буфер в сохранении климата на поверхности планеты.
Такое распределение температур работает только в системах двойных звёзд. Так, при наличии в системе единственной звезды, как у нас, планета на дальнем краю зоны обитаемости была бы полностью покрыта льдом. Ну а пример планеты на ближнем к звезде краю зоны обитаемости у нас есть — Венера. Её атмосфера из-за невозможности удержать в определённых рамках глобальное потепление стала очень плотной, что вызвало неконтролируемый парниковый эффект и вся вода сейчас находится в атмосфере в виде пара а температура на поверхности достигает 464 градусов Цельсия.
Одним из интересных фактов, который присущ жизни на планете в системе двойной звезды заключается в том, что на ней было бы меньше облаков, чем на Земле, что позволило бы гораздо чаще наслаждаться двойными закатами.
Подписывайтесь на S&F, канал в Telegram и чат для дискуссий на научные темы.