Sternensystem - Star system

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Algol Triple Star System mit dem CHARA Interferometer.jpg abgebildet
Algol AB-Film mit dem CHARA-Interferometer - mit der Bezeichnung.gifHD188753 orbit.jpg
  • Oben: Das Algol-Drei-Sterne-System , das 2009 vom CHARA-Interferometer mit einer Auflösung von 0,5 mas im nahen Infrarot abgebildet wurde . Die Form von Algol C ist ein Artefakt.
  • Unten links: Algol A wird regelmäßig alle 2,87 Tage vom Dimmer Algol B verdunkelt. (Vom CHARA-Interferometer im H-Band abgebildet . Plötzliche Sprünge in der Animation sind Artefakte.)
  • Unten rechts: Künstlerische Darstellung der Umlaufbahnen von HD 188753 , einem Dreifachsternsystem.

Ein Sternensystem oder Sternensystem ist eine kleine Anzahl von Sternen , die sich gegenseitig umkreisen und durch die Anziehungskraft der Gravitation gebunden sind . Eine große Gruppe von Sternen, die durch Gravitation gebunden sind, wird im Allgemeinen als Sternhaufen oder Galaxie bezeichnet , obwohl sie im Großen und Ganzen auch Sternensysteme sind. Sternensysteme sind nicht mit Planetensystemen zu verwechseln , zu denen Planeten und ähnliche Körper (wie Kometen ) gehören.

Ein Sternensystem aus zwei Sternen ist als Doppelstern , Doppelsternsystem oder physikalischer Doppelstern bekannt . Wenn es keine Gezeiteneffekte , keine Störung durch andere Kräfte und keine Massenübertragung von einem Stern auf den anderen gibt, ist ein solches System stabil, und beide Sterne verfolgen auf unbestimmte Zeit eine elliptische Umlaufbahn um den Schwerpunkt des Systems. (Siehe Zwei-Körper-Problem ) . Beispiele für binäre Systeme sind Sirius , Procyon und Cygnus X-1 , von denen das letzte wahrscheinlich aus einem Stern und einem Schwarzen Loch besteht .

Ein Mehrsternsystem besteht aus drei oder mehr Sternen , die von der Erde aus am Himmel nahe beieinander erscheinen . Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass die Sterne tatsächlich physisch nahe und gravitativ aneinander gebunden sind. In diesem Fall handelt es sich um einen physischen Mehrfachstern, oder diese Nähe kann nur offensichtlich sein. In diesem Fall handelt es sich um einen optischen Mehrfachstern (was bedeutet, dass die Sterne dies können scheinen vom Planeten Erde aus gesehen nahe beieinander zu sein, da beide den gleichen Punkt am Himmel zu besetzen scheinen, aber in Wirklichkeit kann ein Stern viel weiter von der Erde entfernt sein als der andere, was nur ohne weiteres erkennbar ist kann sie aus einem anderen Blickwinkel betrachten). Physikalische Mehrfachsterne werden üblicherweise auch als Mehrfachsterne oder Mehrsternsysteme bezeichnet .

Die meisten Mehrsternsysteme sind Dreifachsterne . Systeme mit vier oder mehr Komponenten treten seltener auf. Mehrsternsysteme werden als dreifach , trinär oder ternär bezeichnet, wenn sie drei Sterne enthalten. vierfach oder quaternär, wenn sie vier Sterne enthalten; fünffach oder fünfjährig mit fünf Sternen; Sextupel oder Sextenary mit sechs Sternen; Septuple oder Septenary mit sieben Sternen. Diese Systeme sind kleiner als offene Sternhaufen , die eine komplexere Dynamik aufweisen und typischerweise 100 bis 1000 Sterne aufweisen. Die meisten bekannten Mehrsternsysteme sind dreifach; Für höhere Multiplizitäten nimmt die Anzahl bekannter Systeme mit einer gegebenen Multiplizität mit der Multiplizität exponentiell ab. Zum Beispiel sind in der Revision von Tokovinins Katalog physikalischer Mehrfachsterne von 1999 551 der 728 beschriebenen Systeme dreifach. Aufgrund von Auswahleffekten ist die Kenntnis dieser Statistiken jedoch sehr unvollständig.

Mehrsternsysteme können in zwei dynamische Hauptklassen unterteilt werden: (1) hierarchische Systeme, die stabil sind und aus verschachtelten Umlaufbahnen bestehen, die nicht viel interagieren, und daher kann jede Hierarchieebene als Zweikörperproblem behandelt werden , oder (2) die Trapeze , die instabil stark wechselwirkenden Umlaufbahnen aufweisen und als modellierten n Körperproblem , aufweisen chaotisches Verhalten. Sie können 2, 3 oder 4 Sterne haben.

Hierarchische Systeme

Sternensystem namens DI Cha . Während nur zwei Sterne erkennbar sind, handelt es sich tatsächlich um ein Vierfachsystem, das zwei Sätze von Doppelsternen enthält.

Die meisten Mehrsternsysteme sind in einem sogenannten hierarchischen System organisiert : Die Sterne im System können in zwei kleinere Gruppen unterteilt werden, von denen jede eine größere Umlaufbahn um den Massenschwerpunkt des Systems durchquert . Jede dieser kleineren Gruppen muss auch hierarchisch sein, was bedeutet, dass sie in kleinere Untergruppen unterteilt werden müssen, die selbst hierarchisch sind, und so weiter. Jede Hierarchieebene kann als Zweikörperproblem behandelt werden, indem enge Paare betrachtet werden, als wären sie ein einzelner Stern. In diesen Systemen besteht nur eine geringe Wechselwirkung zwischen den Umlaufbahnen, und die Bewegung der Sterne nähert sich weiterhin stabilen Kepler- Umlaufbahnen um den Massenschwerpunkt des Systems an, im Gegensatz zu den instabilen Trapezsystemen oder der noch komplexeren Dynamik der großen Anzahl von Sternen in Sternhaufen und Galaxien .

Dreifachsternsysteme

Umlaufbahnen des hierarchischen Dreifachsternsystems HR 6819: eine innere Binärdatei mit einem Stern (Umlaufbahn in Blau) und einem Schwarzen Loch (Umlaufbahn in Rot), umgeben von einem anderen Stern in einer breiteren Umlaufbahn (ebenfalls in Blau).

In einem physikalischen triple Sternsystem, jeder Stern umkreist das Zentrum der Masse des Systems. Normalerweise bilden zwei der Sterne ein enges Binärsystem , und der dritte umkreist dieses Paar in einer Entfernung, die viel größer ist als die der Binärbahn. Diese Anordnung wird als hierarchisch bezeichnet . Der Grund für diese Anordnung ist, dass das System bei vergleichbarer Größe der inneren und äußeren Umlaufbahn dynamisch instabil werden kann, was dazu führt, dass ein Stern aus dem System ausgestoßen wird. HR 6819 ist ein Beispiel für ein physikalisches hierarchisches Tripelsystem, bei dem ein äußerer Stern eine innere physikalische Binärdatei umkreist, die aus einem Stern und einem stellaren Schwarzen Loch besteht (obwohl die Vorstellung, dass HR 6819 ein Tripelsystem ist, kürzlich in Frage gestellt wurde). Dreifachsterne, die nicht alle gravitativ gebunden sind, können einen physischen binären und einen optischen Begleiter (wie Beta Cephei ) oder in seltenen Fällen einen rein optischen Dreifachstern (wie Gamma Serpentis ) umfassen.

Höhere Multiplizitäten

Mobile Diagramme :
  1. Multiplex
  2. Simplex, binäres System
  3. Simplex, Triple System, Hierarchie 2
  4. Simplex, Vierfachsystem, Hierarchie 2
  5. Simplex, Vierfachsystem, Hierarchie 3
  6. Simplex, Fünffach-System, Hierarchie 4.

Hierarchische Mehrsternsysteme mit mehr als drei Sternen können eine Reihe komplizierterer Anordnungen erzeugen. Diese Anordnungen können durch das organisiert werden, was Evans (1968) mobile Diagramme nannte , die Zierhandys ähneln, die an der Decke hängen. Beispiele für hierarchische Systeme sind in der Abbildung rechts dargestellt ( mobile Diagramme ). Jede Ebene des Diagramms zeigt die Zerlegung des Systems in zwei oder mehr Systeme mit kleinerer Größe. Evans ruft ein Diagramm Multiplex wenn ein Knoten mit mehr als zwei Kindern , das heißt , wenn die Zersetzung einiger Subsystem zwei oder mehr Bahnen mit vergleichbarer Größe beinhaltet. Da dies, wie wir bereits für Dreifachsterne gesehen haben, instabil sein kann, wird erwartet, dass mehrere Sterne simplex sind , was bedeutet, dass auf jeder Ebene genau zwei Kinder vorhanden sind . Evans nennt die Anzahl der Ebenen im Diagramm seine Hierarchie .

  • Ein Simplex-Diagramm der Hierarchie 1 wie in (b) beschreibt ein binäres System.
  • Ein Simplex-Diagramm der Hierarchie 2 kann ein Dreifachsystem wie in (c) oder ein Vierfachsystem wie in (d) beschreiben.
  • Ein Simplex-Diagramm der Hierarchie 3 kann ein System mit vier bis acht Komponenten beschreiben. Das mobile Diagramm in (e) zeigt ein Beispiel eines Vierfachsystems mit Hierarchie 3, das aus einer einzelnen entfernten Komponente besteht, die ein enges Binärsystem umkreist, wobei eine der Komponenten der nahen Binärdatei eine noch engere Binärdatei ist.
  • Ein reales Beispiel für ein System mit Hierarchie 3 ist Castor , auch bekannt als Alpha Geminorum oder α Gem. Es besteht aus einem scheinbar visuellen Doppelstern , der bei näherer Betrachtung aus zwei spektroskopischen Doppelsternen besteht. An sich wäre dies ein System mit vierfacher Hierarchie 2 wie in (d), aber es wird von einer schwächeren, weiter entfernten Komponente umkreist, die auch eine enge Binärdatei des Roten Zwergs ist. Dies bildet ein sechsfaches Hierarchiesystem 3.
  • Die maximale Hierarchie, die ab 1999 im Multiple Star Catalog von AA Tokovinin vorkommt, beträgt 4. Beispielsweise bilden die Sterne Gliese 644A und Gliese 644B einen scheinbar engen visuellen Doppelstern . Da Gliese 644B eine spektroskopische Binärdatei ist , handelt es sich tatsächlich um ein Dreifachsystem. Das Dreifachsystem hat den weiter entfernten visuellen Begleiter Gliese 643 und den noch weiter entfernten visuellen Begleiter Gliese 644C, von denen aufgrund ihrer gemeinsamen Bewegung mit Gliese 644AB angenommen wird, dass sie gravitativ an das Dreifachsystem gebunden sind. Dies bildet ein fünffaches System, dessen mobiles Diagramm das in (f) erscheinende Diagramm der Ebene 4 wäre;

Höhere Hierarchien sind ebenfalls möglich. Die meisten dieser höheren Hierarchien sind entweder stabil oder leiden unter internen Störungen . Andere gehen davon aus, dass komplexe Mehrfachsterne mit der Zeit theoretisch in weniger komplexe Mehrfachsterne zerfallen, wie häufigere beobachtete Dreifach- oder Vierfachsterne möglich sind.

Trapezia

Trapezien sind normalerweise sehr junge, instabile Systeme. Es wird angenommen, dass sich diese in Sternenkindergärten bilden und schnell in stabile Mehrfachsterne fragmentieren, die dabei Komponenten als galaktische Hochgeschwindigkeitssterne ausstoßen können . Sie sind nach dem als Trapez-Cluster bekannten Mehrsternsystem im Herzen des Orionnebels benannt . Solche Systeme sind nicht selten und treten üblicherweise in der Nähe oder innerhalb heller Nebel auf . Diese Sterne haben keine hierarchischen Standardanordnungen, sondern konkurrieren um stabile Umlaufbahnen. Diese Beziehung nennt man Zusammenspiel . Solche Sterne setzen sich schließlich mit einem entfernten Begleiter zu einer engen Binärzahl ab, wobei die anderen Sterne, die zuvor im System waren, mit hohen Geschwindigkeiten in den interstellaren Raum ausgestoßen wurden. Diese Dynamik kann die außer Kontrolle geratenen Sterne erklären, die möglicherweise während einer Kollision zweier binärer Sterngruppen oder eines Mehrfachsystems ausgestoßen wurden. Diesem Ereignis wird das Auswerfen von AE Aurigae , Mu Columbae und 53 Arietis in einer Entfernung von über 200 km · s −1 zugeschrieben. Es wurde vor etwa zwei Millionen Jahren auf den Trapez-Cluster im Orionnebel zurückgeführt.

Bezeichnungen und Nomenklatur

Mehrfachbezeichnungen

Die Komponenten mehrerer Sterne können angegeben werden, indem die Suffixe A , B , C usw. an die Systembezeichnung angehängt werden . Suffixe wie AB können verwendet werden, um das aus A und B bestehende Paar zu bezeichnen . Die Reihenfolge der Buchstaben B , C usw. kann in der Reihenfolge der Trennung von der Komponente A zugewiesen werden . Komponenten, die in der Nähe einer bereits bekannten Komponente entdeckt wurden, können Suffixe wie Aa , Ba usw. zugewiesen werden .

Nomenklatur im Mehrsternkatalog

Subsystemnotation in Tokovinins Multiple Star Catalog

Der Multiple Star Catalog von AA Tokovinin verwendet ein System, bei dem jedes Subsystem in einem mobilen Diagramm durch eine Folge von Ziffern codiert wird. In dem obigen mobilen Diagramm (d) würde beispielsweise das breiteste System die Nummer 1 erhalten, während das Subsystem, das seine Primärkomponente enthält, mit 11 nummeriert wäre und das Subsystem, das seine Sekundärkomponente enthält, mit Nummer 12 nummeriert wäre. Subsysteme, die unten erscheinen würden Dies wird im mobilen Diagramm mit drei, vier oder mehr Ziffern angegeben. Bei der Beschreibung eines nicht hierarchischen Systems mit dieser Methode wird dieselbe Subsystemnummer mehrmals verwendet. Beispielsweise würde ein System mit drei visuellen Komponenten, A, B und C, von denen keine zwei zu einem Subsystem gruppiert werden können, zwei Subsysteme mit der Nummer 1 haben, die die beiden Binärdateien AB und AC bezeichnen. In diesem Fall würden B und C, wenn sie anschließend in Binärdateien aufgelöst würden, die Subsystemnummern 12 und 13 erhalten.

Zukünftige Nomenklatur des Mehrsternsystems

Die derzeitige Nomenklatur für Doppel- und Mehrfachsterne kann Verwirrung stiften, da auf unterschiedliche Weise entdeckte Binärsterne unterschiedliche Bezeichnungen erhalten (z. B. Entdeckerbezeichnungen für visuelle Binärsterne und variable Sternbezeichnungen für die Verdunkelung von Binärsternen) und, schlimmer noch, Komponentenbuchstaben von verschiedenen Autoren unterschiedlich zugewiesen, so dass beispielsweise das A einer Person das C einer anderen Person sein kann . Die Diskussion ab 1999 führte zu vier vorgeschlagenen Programmen, um dieses Problem anzugehen:

  • KoMa, ein hierarchisches Schema mit Groß- und Kleinbuchstaben sowie arabischen und römischen Ziffern;
  • Die Urban / Corbin-Bezeichnungsmethode, ein hierarchisches numerisches Schema ähnlich dem Dewey-Dezimalklassifizierungssystem ;
  • Die Methode der sequentiellen Bezeichnung, ein nicht hierarchisches Schema, bei dem Komponenten und Subsystemen Nummern in der Reihenfolge ihrer Entdeckung zugewiesen werden; und
  • WMC, der Washington Multiplicity Catalog, ein hierarchisches Schema, bei dem die im Washington Double Star Catalog verwendeten Suffixe um zusätzliche Suffixbuchstaben und Zahlen erweitert werden.

Für ein Bezeichnungssystem hat das Identifizieren der Hierarchie innerhalb des Systems den Vorteil, dass es das Identifizieren von Subsystemen und das Berechnen ihrer Eigenschaften erleichtert. Es verursacht jedoch Probleme, wenn neue Komponenten auf einer Ebene oberhalb oder zwischen der vorhandenen Hierarchie erkannt werden. In diesem Fall verschiebt sich ein Teil der Hierarchie nach innen. Komponenten, bei denen festgestellt wird, dass sie nicht vorhanden sind oder später einem anderen Subsystem zugewiesen werden, verursachen ebenfalls Probleme.

Während der 24. Generalversammlung der Internationalen Astronomischen Union im Jahr 2000 wurde das WMC-System gebilligt und von den Kommissionen 5, 8, 26, 42 und 45 beschlossen, es zu einem nutzbaren einheitlichen Bezeichnungsschema auszubauen. Später wurde ein Muster eines Katalogs nach dem WMC-Schema erstellt, das eine halbe Stunde des rechten Aufstiegs abdeckt . Das Problem wurde auf der 25. Generalversammlung 2003 erneut erörtert und von den Kommissionen 5, 8, 26, 42 und 45 sowie der Arbeitsgruppe für Interferometrie erneut gelöst, dass das WMC-System erweitert und weiterentwickelt werden sollte .

Die Beispiel-WMC ist hierarchisch organisiert. Die verwendete Hierarchie basiert auf beobachteten Umlaufzeiten oder Abständen. Da es viele visuelle Doppelsterne enthält , die eher optisch als physikalisch sein können, ist diese Hierarchie möglicherweise nur offensichtlich. Es werden Großbuchstaben (A, B, ...) für die erste Ebene der Hierarchie, Kleinbuchstaben (a, b, ...) für die zweite Ebene und Zahlen (1, 2, ...) verwendet. .) für den dritten. Nachfolgende Ebenen würden abwechselnd Kleinbuchstaben und Zahlen verwenden, aber in der Stichprobe wurden keine Beispiele dafür gefunden.

Beispiele

Binär

Sirius A (Mitte) mit seinem weißen Zwergbegleiter Sirius B (unten links), aufgenommen vom Hubble-Weltraumteleskop .

Trinary

  • Alpha Centauri ist ein dreifacher Stern, der aus einem binären gelben Zwergpaar ( Alpha Centauri A und Alpha Centauri B ) und einem äußeren roten Zwerg , Proxima Centauri, besteht . Zusammen bilden A und B einen physikalischen Doppelstern , der als Alpha Centauri AB, α Cen AB oder RHD 1 AB bezeichnet wird, wobei der AB bezeichnet, dass es sich um ein Binärsystem handelt . Die mäßig exzentrische Umlaufbahn der Binärdatei kann dazu führen, dass die Komponenten so nah wie 11 AU oder so weit wie 36 AU entfernt sind. Proxima Centauri, auch (wenn auch seltener) Alpha Centauri C genannt, ist viel weiter entfernt (zwischen 4300 und 13.000 AE) von α Cen AB entfernt und umkreist das zentrale Paar mit einer Periode von 547.000 (+ 66.000 / -40.000) Jahren.
  • Polaris oder Alpha Ursae Minoris (α UMi), der Nordstern, ist ein Dreifachsternsystem, bei dem der nähere Begleitstern dem Hauptstern extrem nahe ist - so nahe, dass er nur durch seinen Gravitationsschlepper an Polaris A (α UMi) bekannt war A) bis es 2006 vom Hubble-Weltraumteleskop abgebildet wurde .
  • Gliese 667 ist ein Dreifachsternsystem mit zwei Hauptreihensternen vom Typ K und einem roten Zwerg . Der Rote Zwerg C beherbergt zwischen zwei und sieben Planeten, von denen einer Cc neben dem unbestätigten Cf und Ce möglicherweise bewohnbar ist.
  • HD 188753 ist ein Dreifachsternsystem, das sich im Sternbild Cygnus etwa 149 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet . Das System besteht aus HD 188753A, einem gelben Zwerg ; HD 188753B, ein orangefarbener Zwerg ; und HD 188753C, ein roter Zwerg . B und C umkreisen sich alle 156 Tage und als Gruppe alle 25,7 Jahre.
  • Fomalhaut (α PsA, α Piscis Austrini) ist ein Dreifachsternsystem im Sternbild Piscis Austrinus . Es wurde 2013 als dreifaches System entdeckt, als bestätigt wurde, dass der K-Typ-Fackelstern TW Piscis Austrini und der Rote Zwerg LP 876-10 die richtige Bewegung durch den Weltraum teilen. Die Primärwicklung hat eine massive Staubscheibe, die der des frühen Sonnensystems ähnelt, jedoch viel massiver ist. Es enthält auch einen Gasriesen, Fomalhaut b . Im selben Jahr wurde auch bestätigt, dass der Tertiärstern LP 876-10 eine Staubscheibe beherbergt.
  • HD 181068 ist ein einzigartiges Dreifachsystem, das aus einem roten Riesen und zwei Hauptreihensternen besteht. Die Bahnen der Sterne sind so ausgerichtet, dass sich alle drei Sterne gegenseitig verdunkeln.

Quartär

HD 98800 ist ein Vierfachsternsystem in der TW Hydrae Association.

Quintenary

Sextenary

Septenary

Siehe auch

Verweise

Externe Links

Einzelne Exemplare