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

Es gibt keine echte 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 Zeiträume aus), aber man kann stabile Systeme konstruieren, indem man Paare von Doppelsternen ähnlicher Masse nimmt und sie in einer entfernten kreisförmigen Umlaufbahn umeinander herum platziert. Dies kann dann unbegrenzt wiederholt werden, mit$2^n$Sterne bilden ein riesiges System.

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

(Nebenbei 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, der das System dominiert, ein kleinerer Stern, der es umkreist, und ein sehr kleiner Stern (z. B. ein roter Zwerg) in der L4 oder des kleineren Sterns L5-Punkt.

Im unbegrenzten Fall haben Sie zwei Sterne, die einen gemeinsamen Massenmittelpunkt umkreisen (ein stabiles Zweikörpersystem). Sie lassen dann zwei solche Paare einander umkreisen ; Wenn sie weit genug voneinander entfernt sind, wirkt jedes Paar gravitativ, als wäre es ein einziger Körper. Sie können Paare von Paaren und Paare von Paaren von Paaren usw. stapeln, bis Sie im Universum keinen Platz mehr für sie haben.

Kurze Antwort:

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

Lange Antwort:

Teil eins von vier: Stabile Sternensysteme sind hierarchisch.

In stabilen Sternsystemen sind die Umlaufbahnen einzelner Sterne und Sternpaare hierarchisch angeordnet.

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

Die beiden Sterne in einem Paar umkreisen einander enger als alle anderen Paare oder Einzelsterne. Ein Planet, ein Stern oder ein Sternpaar muss ein Sternpaar in einer Entfernung umkreisen, die mindestens ein paar Mal so groß ist wie ihr Abstand, um eine stabile Umlaufbahn zu haben. Das ist der Grund für die im Artikel diskutierten hierarchischen Bahntypen.

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]

Also versucht Raymond, die größtmögliche Anzahl von Planetenbahnen in die zirkumstellare bewohnbare Zone eines einzelnen Sterns zu bringen. Er versucht es mit Trojanischen Systemen, 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 mit möglichst vielen bewohnbaren Planeten in das System einzubauen.

In "Teil 6: Ein System mit vielen Sternen" entwirft er sein Meisterwerk, ein System mit 16 Sternen, angeordnet in einer Hierarchie von 8 Doppelsternen, angeordnet in 4 quaternären Sternen, angeordnet in 2 oktenären Sternen, 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 zerfallen oder in die Welt hinausgeschleudert werden Kälte des interstellaren Raums.

Die beiden 8-Sterne-Systeme, aus denen das 16-Sterne-System besteht, müssten so weit voneinander entfernt sein, dass galaktische Titalkräfte und die Schwerkraft vorbeiziehender Sternensysteme ihre einst fast kreisförmigen Umlaufbahnen immer elliptischer machen würden. Dieser Effekt würde auf die vier Sternensysteme und die Sternenpaare durchsickern, und schließlich würden die Umlaufbahnen aller Planeten gestört werden.

Hier ist ein Link zu einem Artikel zum Thema:

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

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

Und tatsächlich wird angenommen, dass die beiden bekannten Systeme mit den meisten Sternen septenäre Systeme mit sieben Sternen sind, Nu scorpii und AR Cassiopeiae.

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

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

Dritter Teil: Mögliche Ausnahmen.

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

Und Raymond platzierte die Sterne in jedem grundlegenden Doppelsternpaar seines ultimativen Sonnensystems weit genug voneinander entfernt, 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 nahe, um jeden Stern von Planeten umkreisen zu lassen, dann könnten sich die beiden Gruppen von acht Sternen auch viel näher umkreisen, vielleicht nahe genug, um Störungen 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 würde ein so riesiges Sonnensystem ohne Planeten für Science-Fiction-Fans wie eine Verschwendung erscheinen, aber es könnte physikalisch möglich sein.

Vierter Teil: Ringe der Sterne.

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

„Das ultimativ konstruierte Sonnensystem“

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

zeigt einen Stern mit einem Ring von Planeten, die dieselbe Umlaufbahn teilen. Tatsächlich mehrere Ringe von Planeten in der bewohnbaren Zone der Sterne. Raymond sagt, dass zwischen 7 und 42 astronomische Objekte eine stabile Umlaufbahn teilen können, wenn sie die gleiche Masse haben und in gleichen Abständen entlang der Umlaufbahn angeordnet sind. Ein Arrangement, das wahrscheinlich von einer super fortgeschrittenen Zivilisation geschaffen werden müsste, anstatt auf natürliche Weise zu geschehen.

Seine Quelle ist dieses Papier:

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

Und in einem anderen Beitrag: "The Million-Earth Solar System"

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

Raymond entwirft ein hypothetisches System mit einem riesigen schwarzen Loch mit einer Millionen Sonnenmasse und einem Ring aus Sternen darum herum. In einer Version handelt es sich um einen 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 innerhalb des Sternenrings.

Theoretisch könnte also ein supermassereiches hinteres Loch von einem oder mehreren Ringen von Sternen mit normaler Masse umkreist werden, wobei jeder Ring 7 bis 42 Sterne hat.

Abgesehen von dieser theoretischen Möglichkeit denke ich, dass wahrscheinlich 8 Sterne in einem sich natürlich bildenden Sternensystem am ehesten langfristig stabil sind, wenn dieses Sternensystem innerhalb einer Galaxie umkreist und starken Gezeitenkräften von anderen Sternen ausgesetzt ist.