Hvězdný systém

Hvězdný systém

Hvězdný systém nebo hvězdný systém je malý počet hvězd , které se navzájem obíhají, vázané gravitační přitažlivostí . Velká skupina hvězd vázaných gravitací se obecně nazývá hvězdokupa nebo galaxie , ačkoliv obecně řečeno, jsou to také hvězdné systémy. Hvězdné systémy nelze zaměňovat s planetárními systémy , které zahrnují planety a podobná tělesa (jako jsou komety ).

Hvězdný systém dvou hvězd je znám jako dvojhvězda , dvojhvězda nebo fyzická dvojhvězda . Pokud nedochází k žádným slapovým efektům, žádné odchylce od jiných sil a nedochází k přenosu hmoty z jedné hvězdy na druhou, je takový systém stabilní a obě hvězdy budou nekonečně dlouho vytyčovat eliptickou dráhu kolem barycentra systému. (viz problém dvou těl ) . Příklady binárních systémů jsou Sirius , Procyon a Cygnus X-1, z nichž poslední se pravděpodobně skládá z hvězdy a černé díry .

Více hvězdných systémů

Vícehvězdný systém se skládá ze tří nebo více hvězd , které se ze Země jeví jako blízko sebe na obloze. Může to vyplývat z toho, že hvězdy jsou ve skutečnosti fyzicky blízko a jsou k sobě gravitačně vázány, v takovém případě se jedná o fyzickou vícenásobnou hvězdu, nebo může být tato blízkost pouze zdánlivá, v takovém případě se jedná o optickou mnohonásobnou hvězdu Fyzické vícenásobné hvězdy se také běžně nazývají vícenásobné hvězdy nebo vícenásobné hvězdné systémy .

Většina vícenásobných hvězdných systémů jsou trojhvězdy . U systémů se čtyřmi nebo více komponentami je výskyt méně pravděpodobný. Vícehvězdné systémy se nazývají trojčlenné , trojčlenné nebo trinární , pokud obsahují 3 hvězdy; čtyřnásobné nebo kvartérní , pokud obsahují 4 hvězdy; pětiletý nebo pětiletý s 5 hvězdičkami; šestinedělí nebo šestinedělí se 6 hvězdičkami; septull nebo septenary se 7 hvězdičkami. Tyto systémy jsou menší než otevřené hvězdokupy , které mají složitější dynamiku a obvykle mají 100 až 1000 hvězd. Většina známých hvězdných systémů je trojitá; pro vyšší násobnosti počet známých systémů s danou násobností klesá exponenciálně s násobností. Například v revizi Tokovininova katalogu fyzických více hvězd z roku 1999 je 551 ze 728 popsaných systémů trojnásobných. Kvůli předpokládaným efektům výběru je však schopnost interpretovat tyto statistiky velmi omezená.

Vícehvězdičkové systémy lze rozdělit do dvou hlavních dynamických tříd:

(1) hierarchické systémy, které jsou stabilní a sestávají z vnořených drah, které spolu příliš neinteragují, a tak lze každou úroveň hierarchie považovat za problém dvou těles nebo

(2) lichoběžníky , které mají nestabilní silně interagující dráhy a jsou modelovány jako problém n-těl , vykazující chaotické chování. Mohou mít 2, 3 nebo 4 hvězdičky.

Hierarchické systémy

Hvězdný systém s názvem DI Cha . I když jsou patrné pouze dvě hvězdy, ve skutečnosti se jedná o čtyřnásobný systém obsahující dvě sady dvojhvězd.

Většina vícehvězdných systémů je organizována v tom, co se nazývá hierarchický systém : hvězdy v systému lze rozdělit do dvou menších skupin, z nichž každá prochází větší oběžnou dráhou kolem těžiště systému . Každá z těchto menších skupin musí být také hierarchická, což znamená, že musí být rozdělena do menších podskupin, které samy jsou hierarchické atd. Každá úroveň hierarchie může být považována za problém dvou těles tím, že vezmeme-li v úvahu blízké páry, jako by šlo o jednu hvězdu. V těchto systémech existuje jen malá interakce mezi drahami a pohyb hvězd se bude i nadále přibližovat ke stabilitě Keplerianovy dráhy kolem těžiště systému, na rozdíl od nestabilních lichoběžníkových systémů nebo ještě složitější dynamiky velkého počtu hvězd v hvězdokupách a galaxiích .

Trojhvězdné systémy

Dráhy hierarchického trojhvězdného systému HR 6819: vnitřní dvojhvězda s jednou hvězdou (oběžná dráha modře) a černou dírou (dráha červeně), obklopená další hvězdou na širší dráze (také modře).

Ve fyzickém trojhvězdném systému obíhá každá hvězda kolem středu hmoty systému. Obvykle dvě hvězdy tvoří blízkou binární soustavu a třetí obíhá tuto dvojici ve vzdálenosti mnohem větší, než je vzdálenost dvojhvězdy. Toto uspořádání se nazývá hierarchické . Důvodem tohoto uspořádání je, že pokud jsou vnitřní a vnější oběžné dráhy srovnatelné co do velikosti, systém se může stát dynamicky nestabilní, což vede k vyvržení hvězdy ze systému. HR 6819 je příkladem fyzického hierarchického trojitého systému, který má vnější hvězdu obíhající vnitřní fyzickou dvojhvězdu složenou z hvězdy ahvězdná černá díra (ačkoli představa, že HR 6819 je trojitý systém, byla nedávno zpochybněna). Trojhvězdy, které nejsou všechny gravitačně vázány, mohou obsahovat fyzickou dvojhvězdu a optického společníka (jako je Beta Cephei ) nebo ve vzácných případech čistě optickou trojhvězdu (jako je Gamma Serpentis ).

Vyšší multiplicity

Mobilní diagramy :

1. multiplex
2. simplexní, binární systém
3. simplexní, trojitý systém, hierarchie 2
4. simplexní, čtyřnásobný systém, hierarchie 2
5. simplexní, čtyřnásobný systém, hierarchie 3
6. simplexní, pětinásobný systém, hierarchie 4.

Hierarchické vícehvězdné systémy s více než třemi hvězdami mohou vytvářet řadu složitějších uspořádání. Tato uspořádání lze organizovat podle toho, co Evans (1968) nazval mobilní diagramy , které vypadají podobně jako okrasné mobily zavěšené ze stropu. Příklady hierarchických systémů jsou uvedeny na obrázku vpravo ( Mobilní diagramy ). Každá úroveň diagramu znázorňuje rozklad systému na dva nebo více systémů s menší velikostí. Evans volá multiplex diagramu , pokud existuje uzel s více než dvěma potomky, tj. pokud rozklad nějakého subsystému zahrnuje dvě nebo více drah se srovnatelnou velikostí. Protože, jak jsme již viděli u trojitých hvězd, může to být nestabilní, očekává se, že více hvězd bude simplexních , což znamená, že na každé úrovni jsou přesně dvě děti . Evans nazývá počet úrovní v diagramu svou hierarchií.

• Simplexní diagram hierarchie 1, jako v (b), popisuje binární systém.
• Simplexní diagram hierarchie 2 může popisovat trojitý systém, jako v (c), nebo čtyřnásobný systém, jako v (d).
• Simplexní diagram hierarchie 3 může popisovat systém se čtyřmi až osmi komponenty. Mobilní diagram v (e) ukazuje příklad čtyřnásobné soustavy s hierarchií 3, sestávající z jediné vzdálené složky obíhající kolem blízké dvojhvězdy, přičemž jedna ze složek blízké dvojhvězdy je ještě bližší dvojhvězda.
• Skutečným příkladem systému s hierarchií 3 je Castor , také známý jako Alpha Geminorum nebo α Gem. Skládá se z toho, co se jeví jako vizuální dvojhvězda , která se při bližším zkoumání může skládat ze dvou spektroskopických dvojhvězd . Samo o sobě by to byl čtyřnásobný systém hierarchie 2 jako v (d), ale obíhá jej slabší vzdálenější složka, která je také blízkou dvojhvězdou červeného trpaslíka. To tvoří šestinásobný systém hierarchie 3.
• Maximální hierarchie vyskytující se v AA Tokovininově více hvězdném katalogu z roku 1999 je 4. Například hvězdy Gliese 644A a Gliese 644B tvoří to, co se zdá být blízkou vizuální dvojhvězdou ; protože Gliese 644B je spektroskopická dvojhvězda , jedná se ve skutečnosti o trojitý systém. Trojitý systém má vzdálenějšího vizuálního společníka Gliese 643 a ještě vzdálenějšího vizuálního společníka Gliese 644C, o kterých se předpokládá, že kvůli jejich společnému pohybu s Gliese 644AB jsou gravitačně vázány na trojitý systém. Toto tvoří pětinásobný systém, jehož mobilní diagram by byl diagram úrovně 4 uvedený v (f).;

Vyšší hierarchie jsou také možné. Většina těchto vyšších hierarchií je buď stabilní, nebo trpí vnitřními poruchami .Jiní se domnívají, že složité vícenásobné hvězdy se časem teoreticky rozpadnou na méně složité vícenásobné hvězdy, jako jsou možné běžnější pozorované trojice nebo čtyřnásobky.

Trapezia

Trapézie jsou obvykle velmi mladé, nestabilní systémy. Předpokládá se, že se tvoří ve hvězdných porodnicích a rychle se fragmentují na stabilní mnohonásobné hvězdy, které při tomto procesu mohou vyvrhnout složky jako galaktické vysokorychlostní hvězdy . Jsou pojmenovány po mnohonásobném hvězdném systému známém jako kupa lichoběžníků v srdci mlhoviny v Orionu . Takové systémy nejsou vzácné a běžně se objevují blízko nebo uvnitř jasných mlhovin . Tyto hvězdy nemají žádné standardní hierarchické uspořádání, ale soutěží o stabilní oběžné dráhy. Tento vztah se nazývá souhra .Takové hvězdy se nakonec usadí v těsné dvojhvězdě se vzdáleným společníkem, přičemž ostatní hvězdy, které byly dříve v systému, byly vyvrženy do mezihvězdného prostoru vysokou rychlostí. Tato dynamika může vysvětlit uprchlé hvězdy , které mohly být vyvrženy během srážky dvou skupin dvojhvězd nebo vícenásobného systému. Tato událost je připisována vymrštění AE Aurigae , Mu Columbae a 53 Arietis ve výšce nad 200 km·s −1 a byla vysledována do kupy Trapezium v ​​mlhovině v Orionu asi před dvěma miliony let.

Označení a nomenklatura

Označení více hvězd

Komponenty více hvězd lze specifikovat připojením přípon A , B , C atd. k označení systému. Přípony jako AB mohou být použity k označení dvojice sestávající z A a B . Posloupnost písmen B , C atd. může být přiřazena v pořadí oddělení od složky A. Komponentám objeveným blízko již známé komponenty mohou být přiřazeny přípony jako Aa , Ba a tak dále.

Nomenklatura v katalogu více hvězd

Subsystémová notace v Tokovininově katalogu více hvězd

Katalog více hvězd AA Tokovinin používá systém, ve kterém je každý podsystém v mobilním diagramu zakódován sekvencí číslic. V mobilním diagramu (d) výše by například nejširší systém dostal číslo 1, zatímco subsystém obsahující jeho primární komponent by byl očíslován 11 a subsystém obsahující jeho sekundární komponent by byl očíslován 12. Subsystémy, které by se objevily níže toto v mobilním diagramu bude mít čísla se třemi, čtyřmi nebo více číslicemi. Při popisu nehierarchického systému touto metodou bude stejné číslo podsystému použito více než jednou; například systém se třemi vizuálními složkami, A, B a C, z nichž žádné dvě nelze seskupit do podsystému, by měl dva podsystémy očíslované 1 označující dvě dvojhvězdy AB a AC. V tomto případě,

Nomenklatura budoucího vícehvězdného systému

Současné názvosloví dvojhvězd a vícehvězd může způsobit zmatek, protože dvojhvězdy objevené různými způsoby dostávají různá označení (například označení objevitel pro vizuální dvojhvězdy a označení proměnných hvězd pro zákrytové dvojhvězdy), a co je horší, písmena složek mohou být různými autory přidělovány různě, takže např. A jedné osoby může být C jiné .Diskuse, která začala v roce 1999, vedla ke čtyřem navrhovaným schématům k řešení tohoto problému:

• KoMa, hierarchické schéma používající velká a malá písmena a arabské a římské číslice;
• Urban/Corbinova metoda označení, hierarchické numerické schéma podobné Deweyho desítkovému klasifikačnímu systému;
• Metoda sekvenčního označování, nehierarchické schéma, ve kterém jsou komponentám a podsystémům přiřazena čísla v pořadí objevu; a
• WMC, Washington Multiplicity Catalog, hierarchické schéma, ve kterém jsou přípony používané ve Washingtonském katalogu dvojitých hvězd rozšířeny o další písmena a čísla s příponami.

Pro označovací systém má identifikace hierarchie v systému tu výhodu, že usnadňuje identifikaci podsystémů a výpočet jejich vlastností. To však způsobuje problémy, když jsou objeveny nové komponenty na úrovni nad nebo na střední úrovni stávající hierarchie. V tomto případě se část hierarchie posune dovnitř. Komponenty, u kterých se zjistí, že neexistují nebo byly později přeřazeny do jiného subsystému, také způsobují problémy.

Během 24. Valného shromáždění Mezinárodní astronomické unie v roce 2000 bylo schéma WMC schváleno a komise 5, 8, 26, 42 a 45 rozhodlo, že by mělo být rozšířeno na použitelné jednotné schéma označení. Později byl připraven vzorek katalogu využívající schéma WMC, pokrývající půlhodinu rektascenze . Tato problematika byla znovu projednávána na 25. valné hromadě v roce 2003 a komise 5, 8, 26, 42 a 45 a také Pracovní skupina pro interferometrii znovu rozhodly o rozšíření schématu WMC. a dále rozvíjena.

Ukázkový WMC je hierarchicky uspořádán; použitá hierarchie je založena na pozorovaných orbitálních dobách nebo separacích. Protože obsahuje mnoho vizuálních dvojhvězd , které mohou být spíše optické než fyzické, může být tato hierarchie pouze zdánlivá. Používá velká písmena (A, B, ...) pro první úroveň hierarchie, malá písmena (a, b, ...) pro druhou úroveň a čísla (1, 2, .. .) za třetí. Následující úrovně by používaly střídající se malá písmena a čísla, ale ve vzorku nebyly nalezeny žádné příklady.

Příklady

Binární

Sirius A (uprostřed) se svým bílým trpaslíkem, Sirius B (vlevo dole), pořízený Hubbleovým vesmírným dalekohledem .

• Sirius , dvojhvězda sestávající z hvězdy typu A hlavní posloupnosti a bílého trpaslíka
• Procyon , který je podobný Siriusovi
• Mira , proměnná skládající se z červeného obra a bílého trpaslíka
• Delta Cephei , proměnná Cepheid
• Epsilon Aurigae , zákrytová dvojhvězda
• Spica

trinární

• Alpha Centauri je trojhvězda složená z hlavního binárního páru žlutých trpaslíků ( Alfa Centauri A a Alpha Centauri B ) a odlehlého červeného trpaslíka Proxima Centauri . Společně A a B tvoří fyzickou dvojhvězdu , označenou jako Alpha Centauri AB, α Cen AB nebo RHD 1 AB, kde AB značí, že se jedná o binární systém . Mírně excentrická oběžná dráha dvojhvězdy může způsobit, že složky budou blízko až 11 AUnebo až 36 AU. Proxima Centauri, také (i když méně často) nazývaná Alpha Centauri C, je mnohem dále (mezi 4300 a 13 000 AU) od α Cen AB a obíhá centrální pár s periodou 547 000 (+66 000/-40 000) let.
• Polárka nebo Alfa Ursae Minoris (α UMi), severní hvězda, je trojhvězdný systém, ve kterém je bližší doprovodná hvězda extrémně blízko hlavní hvězdě - tak blízko, že byla známá pouze z jejího gravitačního tažení na Poláru A (α UMi A), dokud nebyl v roce 2006 zachycen Hubbleovým vesmírným dalekohledem.
• Gliese 667 je trojhvězdný systém se dvěma hvězdami hlavní posloupnosti typu K a červeným trpaslíkem . Červený trpaslík C hostí dvě až sedm planet, z nichž jedna, Cc, spolu s nepotvrzenými Cf a Ce, jsou potenciálně obyvatelné.
• HD 188753 je trojhvězdný systém nacházející se přibližně 149 světelných let od Země v souhvězdí Labutě . Systém se skládá z HD 188753A, žlutého trpaslíka ; HD 188753B, oranžový trpaslík ; a HD 188753C, červený trpaslík . B a C obíhají kolem sebe každých 156 dní a jako skupina obíhají A každých 25,7 let.
• Fomalhaut (α PsA, α Piscis Austrini) je trojhvězdný systém v souhvězdí Piscis Austrinus . V roce 2013 bylo objeveno, že jde o trojitý systém, kdy bylo potvrzeno, že hvězda typu K TW Piscis Austrini a červený trpaslík LP 876-10 sdílejí správný pohyb vesmírem. Primární má masivní prachový disk podobný tomu z rané sluneční soustavy, ale mnohem masivnější. Obsahuje také plynného obra Fomalhaut b . Téhož roku bylo potvrzeno, že terciární hvězda LP 876-10 obsahuje prachový disk.
• HD 181068 je unikátní trojitý systém skládající se z červeného obra a dvou hvězd hlavní posloupnosti. Dráhy hvězd jsou orientovány tak, že se všechny tři hvězdy navzájem zatmí.

čtvrtohory

HD 98800 je čtyřnásobný hvězdný systém umístěný v asociaci TW Hydrae .

• Capella , pár obřích hvězd obíhajících párem červených trpaslíků , asi 42 světelných let daleko od Sluneční soustavy. Má zdánlivou velikost kolem -0,47, díky čemuž je Capella jednou z nejjasnějších hvězd na noční obloze.
• 4 Centaurové
• Často se říká, že Mizar byl první dvojhvězdou objevenou, když ji v roce 1650 pozoroval Giovanni Battista Riccioli ale pravděpodobně to bylo pozorováno dříve, Benedetto Castelli a Galileo . Později spektroskopie jejích složek Mizar A a B odhalila, že obě jsou samy o sobě dvojhvězdy.
• HD 98800
• Systém Kepler-64 má planetu PH1 (objevenou v roce 2012 skupinou Planet Hunters , součást Zooniverse ), která obíhá kolem dvou ze čtyř hvězd, což z ní dělá první známou planetu, která se nachází v systému čtyř hvězd.
• KOI-2626 je první čtyř hvězdný systém s planetou velikosti Země.
• Xi Tauri (ξ Tau, ξ Tauri), nacházející se asi 222 světelných let daleko, je spektroskopická a zákrytová čtyřhvězda sestávající ze tří modrobílých hvězd hlavní posloupnosti typu B spolu s hvězdou typu F. Dvě z hvězd jsou na blízké oběžné dráze a oběhnou se kolem sebe jednou za 7,15 dne. Ty zase obíhají kolem třetí hvězdy jednou za 145 dní. Čtvrtá hvězda obíhá kolem ostatních tří hvězd zhruba každých padesát let.