Звёздные системы — это удивительное явление, где звёзды объединяются в гармоничные структуры, подчиняясь законам гравитации. Сегодня мы поговорим о том, как они образуются, какие формы принимают и какую роль играют в нашей Вселенной.
Звёздные системы - это системы, состоящие из двух или более звёзд. Не стоит путать звёздные системы с планетными (планеты, вращающиеся вокруг звезды/системы).
Обычно они содержат в себе небольшое количество звёзд. Большие группы учёные называют звёздными кластерами, но фактически они тоже являются системами. Различием между этими двумя понятиями является только тип движения: Кеплеровское для иерархических звёздных систем (т.е. движение можно рассматривать как привычное по орбите) и хаотичное для всех остальных видов. Однако стоит заметить, что этот критерий до сих пор вызывает сомнения и является непрактичным. Лишь вероятность типа движения проще подсчитать. На деле, широкие по расстоянию пары, которые могут казаться «кеплеровскими», рано или поздно разлетаются из-за других звёзд и облаков из молекул, теряют связь между собой, т.е. не являются стабильными.
Существуют двойные системы, тройные, четвертные и т.д. Количество звёзд может быть неограничено. На данный момент максимумом является система QZ Carinae с 9-ю звёздами. Большие звёздные системы также могут быть полезны для изучения. Такой феномен позволяет тщательнее изучить эволюцию звёзд, гравитационное взаимодействие между n-ным количеством объектов.
💫 Двойные звёзды
Двойные звёзды — это звёздная система, состоящая из двух звёзд, вращающихся между собой. Если между ними нет приливных и других гравитационных сил и не совершается обмен массой, то такие системы считаются стабильными, которые можно рассматривать в рамках задачи двух тел: два тела вращаются по орбитам вокруг одного барицентра (центра масс). Если же обмен массой у звёзд присутствует, то этот процесс меняет их привычный путь эволюции, делая его более интересным и уникальным.
Виды связи систем
Связь звёзд в системе называют её кратностью. По видам кратности различают:
- Оптическая кратность — это кратность системы, при которой только кажется, что её элементы находятся близко друг к другу. Такое впечатление может возникнуть, если звёзды оказываются рядом с линией нашего взгляда с Земли. Такие совпадения, как правило, проходят через время, когда тела смещаются и отдаляются друг от друга.
- Физическая кратность — это настоящая кратность системы, когда звёзды действительно находятся близко друг к другу. При физической кратности звёзды находятся в гравитационном поле и при особых условиях может быть совершаться обмен массой.
При любом виде кратности звёздная система называется кратной звездой. По методу определения этой самой кратности существует:
- Визуальная кратность. Если объекты-компоненты можно разрешить (т.е. по отдельности обнаружить в телескоп), то система считается визуально кратной.
- Спектроскопическая кратность присваивается системе, если её кратность можно различить только через спектроскопические инструменты. Ключевым понятием в определении через спектроскопию систем является эффект Доплера —изменение частоты волны (в данном случае, света) в зависимости от скорости движения. При движении звёзд то к нам, то от нас, спектр смещается то в синюю, то в красную сторону соответственно.
Если выявить определённую закономерность изменения света, которая совпадает с периодом вращения системы, то это однозначно кратная система. - Затменная кратность может быть обнаружена, если яркость, излучаемая от звезды систематически меняется и примерно совпадает с периодом вращения системы. Это происходит, когда два тела находятся на одной линии с Землёй. В таком случае переднее к нам тело закрывает часть излучаемого света от своего соседа.
Обмен массой
Одной из ключевых особенностей физически кратных систем является обмен массой между телами. Чтобы описать обмен массой, учёные используют несколько новых для читателя понятий: полость Роша и точки Лагранжа.
Полость Роша — это пространство вокруг звезды, где гравитация доминирует над всеми другими силами. Внутри этой области вещество притягивается к телу. Если пересечь полость, то оно начнёт рассеиваться, как песок по ветру.
Стоит учесть, что термины «полость Роша» и «предел Роша» - это два разных понятия.
Предел Роша - это гипотетический радиус вокруг объекта, внутри которого приливные силы будут преобладать над самогравитацией более маленького тела, находящегося внутри. При приближении маленького тела к пределу, оно будет растягиваться под действием приливных сил, а при пересечении предела тело будет уничтожено. Хорошим примером является комета Шумейкеров-Леви 9, которая в 1992 г. распалась на фрагменты после пересечения предела Роша Юпитера.
Точки Лагранжа — это 5 точек на полости Роша, в которых любое тело находится в состоянии покоя относительно двойной системы (т.е. остаётся на месте).
Точки L1, L2 и L3 находятся на одной линии с двумя вращающимимя телами. Их называют нестабильными точками, т.к. в них на тело действуют сильные возмущающие силы, а значит держаться на них может быть трудновато.
Точки L4 и L5 в свою очередь являются стабильными. В них объекты могут легко занимать устойчивые орбиты, что делает их более удобными для перемещения.
Если звёзды слишком массивны или близки, между ними совершается обмен массой, что сильно влияет на их жизнедеятельность и эволюцию.
Существует три вида систем:
- Разделённый — материя обоих звёзд находится внутри полости Роша. В данном случае эволюция происходит независимо от соседа. Подобный вид является самым распространённым среди двойных систем.
- Полуразделённый — материя одной из звёзд полностью заполняет полость Роша. При таком раскладе эта звезда становится «донором» и отдаёт газ со своей поверхности своему соседу. В результате вокруг него формируется аккреционный диск (тот же самый, что можно увидеть у чёрной дыры, например).
- Тесный — звёзды настолько близки/массивны, что между ними может производиться полномасштабный обмен массой. Как правило, более тяжёлое тело передаёт свою массу телу лёгкому, что приводит к изменениям в эволюции звёзд.
Изменение в эволюции звёзд
Стандартные звёзды эволюционируют по законам теории эволюции звёзд. Главным свойством является тот факт, что эволюция напрямую зависит от массы тела. Чем она выше, тем быстрее объект переходит по стадиям своей жизни.
Однако в тесных звёздных системах наблюдается парадокс Алголя — отклонение от стандартного прогноза эволюции. Название парадокс получил от системы Алголь, где и можно наблюдать данное явление: более лёгкая звёзда уже находится в стадии субгиганта, в то время как массивная только проходит главную последовательность эволюции, т.е. нарушается главный закон теории эволюции звёзд.
Парадокс был разрешён тем фактом, что во время жизни звёзды могут обмениваться массой. Более массивные изначально тела отдают часть своей материи соседу и переходят на следующий этап в эволюции, чем и можно обусловить лёгкую, но более старую звезду по сравнению с её компаньоном.
🌌 Системы с более чем двумя звёздами
Звёздные системы делятся на два типа:
- Иерархические. Это системы, в которых звёзды расположены в сложной иерархии, наподобии папок, расположенных на компьютере. Только таким способом существуют системы с более чем 2-мя звёздами, т.к. два тела можно рассматривать в качестве целого объекта, что не вызывает хаотичного движения. В иерархическом типе системы являются стабильными, именно их можно обнаружить на небе.
На данный момент по каталогу А.А. Токовинина, максимальным уровнем иерархии в системе является 4. Существуют и системы с более высоким уровнем. Одна группа учёных считает, что они являются либо стабильными, либо страдают от внутренних возмущений. Другая группа считает, что через определённое время такие системы дизинтегрируют в более простые, разбившись на тройные-четвертные. - Динамические. Это молодые, но нестабильные системы. В них нет чёткой иерархии, вместо этого происходит борьба между звёздами за стабильные орбиты. В конечном итоге формируется двойная система с отдалённым спутником, откидывая остальные звёзды в межзвёздное пространство на высокой скорости. Движение всех тел можно рассматривать как динамическую систему (задачу N тел), а её иерархия определяется соотношением 3 : 1. Например, динамическая система со звёздами A, B и C будет формировать две пары AB и AC, имея при этом одинаковый уровень иерархии.
Названия «двойная система», «тройная система» и пр. означают скорее текущий статус наблюдений, чем истинную структуру. Это связано с тем, что ещё не открытые компаньоны могут влиять своей гравитацией на текущую иерархию.
Заключение
Двойные звёзды и звёздные системы представляют собой уникальные и сложные феномены во Вселенной. Они играют важную роль в нашем понимании эволюции звёзд, динамики гравитационного взаимодействия и образования планетарных систем. Исследования этих объектов позволяют учёным глубже проникнуть в тайны космоса и раскрыть механизмы, управляющие развитием звёзд на протяжении миллионов и миллиардов лет. Несмотря на достигнутый прогресс, многие вопросы остаются открытыми. Например, стабильность многозвёздных систем, влияние звёздных пар на окружающую среду и возможность существования экзотических конфигураций звёзд всё ещё нуждаются в дальнейшем изучении.