kozmos.hr
Jeste li znali?

Što su to zvjezdani sustavi?

Binary star
objavljeno

U centru Sunčevog sustava nalazi se samo jedna zvijezda, Sunce, i jedino što je gravitacijski vezano za nju su okolni planeti, kometi i asteroidi. No što kada to nije slučaj?

Kada neka zvijezda ne stoji „sama“, tj. kada se uz nju nalazi još najmanje jedna zvijezda i kada su te zvijezde u nekakvom gravitacijskom odnosu, onda govorimo o zvjezdanom sustavu. U sustavu se mogu nalaziti dvije zvijezde, što je statistički u svemiru najčešći slučaj, no može ih biti i tri, četiri, pet ili više, vjerovali ili ne. Naravno, kada govorimo o sustavima s većim brojem zvijezda, valja napomenuti da se tu radi o rubnim slučajevima koji se javljaju dosta rijetko.

Binarni sustavi

Počnimo od binarnih zvjezdanih sustava, u kojima se, pogodili ste, nalaze dvije međusobno gravitacijski ovisne zvijezde. Iako nam je shvaćanje takvih sustava kroz povijesni razvoj astronomije predstavljalo problem, danas je situacija vrlo jasna: te zvijezde uvijek se okreću oko zajedničkog centra mase koji zovemo baricentrom. Pravo je pitanje koliko će taj baricentar stvarno biti prostorni „centar“ između tih zvijezda, a odgovor na to pitanje varira od sustava do sustava ovisno o omjeru masa zvijezda. Ako su jednake ili približno jednake mase, one će se ili okretati oko tog centra po više-manje pravilnoj kružnici ili će se one kretati po simetričnim eliptičnim putanjama koje se međusobno jednim dijelom preklapaju.

No ako promotrimo binarni sustav u kojem postoji razlika između masa tih zvijezda, uočiti ćemo slučaj u kojem masivnija zvijezda „vodi igru“. U takvim situacijama, baricentar se nalazi puno bliže velikoj zvijezdi, koja se pak kreće puno manje od male zvijezde. U ekstremnim slučajevima, ako je omjer masa dovoljno velik, jedna se zvijezda može kretati („ljuljati“) toliko malo se čini da se ona uopće ne kreće, već da se manja zvijezda kreće oko nje kao što se Mjesec kreće oko Zemlje.

Vjerojatno najpoznatiji primjer takvog sustava je Sirius.

Sirius
Slika sustava Sirius na dijelu spektra X-zraka s teleskopa Chandra. Svjetlija točka je Sirius B, bijeli patuljak, a tamnija točka je Sirius A, obična zvijezda duplo veća od Sunca. Izvor: NASA/SAO/CXC.

Trinarni sustavi

A što kada je zvijezda više od dvije? Tu potencijalno nastaju problemi, ovisno o podtipu sustava. Sve sustave s više od dvije zvijezde (trostruke, četverostruke, itd.) možemo podijeliti na dva tipa: (a) hijerarhijske sustave i (b) trapezije.

Hijerarhijski sustavi takvi su jer se uvijek daju gravitacijski pojednostaviti na binarne kombinacije. Primjerice, zvijezde A i B međusobno tvore jedan binarni sustav, i taj binarni sustav AB u drugom je binarnom odnosu sa zvijezdom C. No ako se radi o trapeziji (nazvane po skupu zvijezda Trapezium), u kojoj zvijezde nisu posložene u hijerarhiju, njihovo kretanje može biti iznimno kaotično. Zapravo, toliko kaotično da je njihove putanje u pravilu vrlo teško predvidjeti—u orbitalnoj mehanici to stručnjaci zovu „problemom triju tijela“ (three-body problem), i taj problem još uvijek nije u potpunosti riješen. Rješenja koja su za sada predstavljena jednostavno nisu efikasna: to su najčešće numerička rješenja (aproksimacije obradom velike količina podataka), a kada se i radi o analitičkim rješenjima (opisima sustava pomoću ograničenog broja jednadžbi), ona rješavaju samo neke specijalne slučajeve problema te ionaku budu prekompleksna da bi bila praktična. Takvi kaotični sustavi izrazito su nestabilni i uvijek postoji opasnost da se raspadnu, tj. da jedna ili više zvijezda izleti iz sustava.

Primjer trostrukog (stabilnog) sustava? Nama najbliža „zvijezda“—Alpha Centauri.

L1448 IRS3B
Trostruki sustav L1448 IRS3B snimljen iz opservatorija ALMA. Primjetite dvije zvijezde s desne strane koje su u svom manjem binarnom sustavu, i veliku treću zvijezdu s lijeve strane koja je u binarnom sustavu s prethodne dvije zvijezde. Radi se, dakle, o hijerarhijskom sustavu. Izvor: Bill Saxton, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NRAO/AUI/NSF.

Višestruki sustavi

Posljednji slučaj koji ćemo spomenuti, onaj kada je zvijezda u sustavu četiriju ili više, po mnogočemu nije toliko različit od trinarnih sustava, koji se ponašaju po više-manje istim pravilima. Višestruki sustavi opet mogu biti hijerarhijske prirode ili mogu biti kaotični. Ako su hijerarhijski, tu se ponovo radi o sustavu međusobno ukliještenih binarnih sustava: npr. zvijezde A i B jedan su binarni sustav, zvijezde C i D drugi, i ta dva sustava međusobno su u vlastitom binarnom sustavu ABCD, što tvori sustav od četiri zvijezde. Ako su pak kaotični, opet se radi o matematički nepredvidljivim sustavima, samo što sad govorimo o problemu n tijela (the n-body problem), kojeg je problem triju tijela zapravo specijalni slučaj.

Primjeri su mnogi, no spomenimo Castora, jednog od Blizanaca, koji se sastoji od šest zvijezda gdje su prve četiri u četverostrukom sustavu (dva binarna u binarnom), koji je pak u binarnom sustavu s još jednim binarnim.

Castor
Hijerarhija sustava Castor. Izvor: Wikipedia.

Zanimljivo je što zvjezdane sustave bez teleskopa jednostavno nikada ne bismo detaljno raspoznali. Pogledajte na noćno nebo i sve se zvijezde uvijek čine kao da su „same“, no to često nije slučaj. Dapače, zvijezde najpoznatije čovječanstvu često su zapravo sustavi zvijezda, kao što je i Polaris ili Sjevernjača, koja je trostruki sustav. To je posebno očaravajuće kada se sjetimo da su orbite pojedinačnih zvijezda često iznimno dugačke (stotine ili čak tisuće godina), i da se niti ne radi uvijek o zvijezdama (zvijezda može biti u sustavu i s crnom rupom). U svakom slučaju, svemir je, još jednom, izrazito fascinantno mjesto.

 


Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr


Izvori:

„binary star“. Britannica, 2019. https://www.britannica.com/science/binary-star (4.7.2022.).

Cain, Fraser. „What Are Multiple Star Systems?“. Universe Today, 2016. https://www.universetoday.com/132154/multiple-star-systems/ (4.7.2022.).

„zvijezda“. Hrvatska enciklopedija, 2021. https://enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=67551 (4.7.2022.).

Zaljubljenik u astronomiju od malih nogu. Diplomirani anglist. U slobodno vrijeme vjerojatno s frendovima u obližnjem kafiću. U paralelnom svemiru sam nešto od sljedećeg: pomorac, avanturist, fizičar, astronaut, pisac, željezničar.