恒星系統,天文學術語,屬于少數幾顆恒星受到引力拘束而互相環繞的系統,眾多的恒星會因為受到引力的約束,而形成星團或星系,但是概括來說都可以稱為恒星系統。
恒星系統有時也會用在單獨但有更小的行星系環繞的恒星,它們的形成和運轉遵循著一定的規律性和周期性。太陽屬于恒星,地球就位于太陽系這個恒星系統內。現代科學通常將恒星系統定義為那些擁有一顆恒星并且在其周圍還運行著多顆各種類型行星的天體結構。
簡介
恒星系統是指由恒星和圍繞它運轉的行星構成的天體系統。
系統的形成、運轉有一定的規律性和周期性。我們所生存的地球就位于太陽系這個恒星系統內。
隨著恒星系統的演變而產生的變化。
聯星系統
由兩顆恒星組成的恒星系統稱為聯星、聯星系統或物理雙星。如果沒有潮汐效應、其它力量的攝動、和從一顆恒星至另一顆恒星的質量的傳輸,這樣的系統是穩定的,并且兩顆星會在以質心為焦點的橢圓軌道上互繞著(參見二體問題)。
聯星的例子有天狼星、南河三和天鵝座X-1,而最后的這個可能是一個黑洞。
聚星系統
聚星或物理聚星是超過兩顆以上恒星組成的系統。聚星系統如果由三顆恒星組成,就稱為三合星、三重星或三元星;四顆星的系統稱為四重星 或四合星;五顆星組成的稱為五重星;六顆星組成的稱為六重星;七顆星組成的稱為七重星,依此類推。這些系統都遠小于有100至1,000顆恒星,動力學系統更復雜的疏散星團。
階式模型
但如果這個系統由階式模型來運行,那么它有可能是穩定的。在階式模型系統內,若干恒星按幾個子系統運行,幾個子系統作為一個整體在更大的軌道上繞著質心運轉;子系統可能還可以再分為更小的次系統,有時甚至可以繼續細分下去。
在這種情況下,各個恒星將持續地以更穩定的約翰尼斯·開普勒式軌道繞著系統的質心運行。不同于擁有數量龐大恒星的星系和星團而更為復雜的動力學系統。
目前的三合星系統通常都是階式模型:這些系統一般可以分成一對聯星和一顆較遠的伴星。比鄰星系就是一個典型的例子(不同于小說中更近似三體問題的模型)。
已知的三合星系統
南門二(比鄰星系)
這個系統就是《三體》的原型,可以參考上一節的敘述。其中的聯星系統由半人馬座α的A星和B星組成,那個伴星則是大家熟知的比鄰星。比鄰星最近距太陽4.2光年,而聯星系統距太陽4.6光年。
Gliese667
這個系統也屬于典型的2+1式模型。其中的伴星667C有數顆衛星,其中第三顆行星667Cc是可能的宜居行星。
HD 188753
這個系統反了過來,伴星的質量更大,聯星系統圍繞這顆伴星運轉。已知聯星系統內部的兩顆恒星轉一周需要158天,圍繞伴星公轉需要25.7年。
此外還有更多的三合星系統。
已知的四合星系統
長蛇座ε
獵戶座θ1
已知的五合星系統
獵戶座σ
天鷹四
已知的六合星系統
這個系統可以分為三個聯星系統,即2+2+2。其中一對聯星系統以類似聯星的方式互相圍繞著運行,另一個聯星系統在較遠的距離上圍繞著兩個系統運行,即(2+2)+2。
ADS 9731
這個系統可以分為兩個三合星系統,即3+3。其中的兩個子系統的結構相同,都是一個伴星圍繞著一個聯星系統,即(2+1)+(2+1)。
已知的七合星系統
房宿二
仙后座AR
動力學
理論上,模擬一個聚星系統比模擬聯星系統更困難,當多體問題的動力系統介入時,可能呈現渾沌的行為。許多小集團的恒星被發現是不穩定的,一旦發生一顆星與另一顆星過度的接近,便會發生加速而會從系統中逃逸掉。如果這個系統出現埃文斯所謂的階式模型,還是有可能穩定。
在階式模型系統內,恒星被分成兩個小集團,各自在較大的軌道上繞著共同的質心運轉;每個小集團也都是階式模型,意味著小集團又必需再分為更小的次集團,而且一質如此的細分下去。在這樣的情況下,各個恒星的運動將持續的以接近穩定的軌道,遵循約翰尼斯·開普勒的軌道繞著系統的質量中心。不同于擁有數量龐大恒星的星系和星團而更為復雜的動力學系統。
藝術家臆測的HD 188753軌道,是一個三合星系統。
觀測
許多已知的聚星系統都是三合星;更多星的聚星系統則隨著恒星數量的增加而呈指數性的減少。例如,在1999年修訂的Tokovinin目錄 中列出的物理聚星, 728個系統中有551個是三合星。但是因為選擇效應,我們在這些知識上的統計常是殘缺不全的。
由于前面提到在動力學上的不穩定,三合星通常都是階式模型:它們包含兩顆靠近的聯星對和一顆距離較遠的伴星。有著更多恒星的聚星系統也都是階式模型。目前所知最多的是六重星系統,例如北河二(雙子座α),它是一對聯星以更遠的距離繞著另一對各自也是聯星的聯星系統。另一個六顆星的系統是ADS 9731,它由兩對三合星組成,每一對都是伴隨著一顆單獨恒星在軌道上運轉的光譜聯星。
新論點
據國外媒體報道,按照現代科學的定義,所謂的恒星系統通常是指那些擁有一顆恒星并且在其周圍還運行著一至數十顆各種類型行星的天體結構。所有的恒星系統(其中也包括太陽系)都遵循著一個最主要的條件:中心是一顆巨大且炙熱的恒星。當然,個別恒星系中會擁有兩顆恒星,即所謂的雙恒星系統。但是,從現在開始,上述觀點將不得不進行必要的修正--“斯匹策”紅外太空望遠鏡日前首次發現了一個由四顆“太陽”組成的恒星系統。起初,“斯匹策”望遠鏡先是觀測到了一個圍繞雙恒星系統旋轉的體積異常巨大的氣態塵埃圓盤。通常情況下,在這類圓盤構造中都儲存著用于孕育行星、小行星和其他天體的“建筑材料”。然而,隨后的觀測卻令科學家們感到萬分震驚:在該圓盤構造中居然還存在著兩顆恒星,并且它們的引力還對圓盤的運行產生了顯著影響。
美國航空航天局的天文學家們表示,“斯匹策”望遠鏡發現的圓盤結構由兩個環組成。這意味著,今后在這一擁有四個“太陽”的恒星系統中將會分布兩條行星帶。如果在該恒星系中的某顆行星上有生命存在,那么他們將會同時看到四顆“太陽”。據介紹,這個獨一無二的恒星系統的編號為HD 98800B,距離地球約1000萬光年。同時,該系統顯得非常“孤單”--距離其最近的星座長蛇星座也要在150光年之外。
NASA指出,盡管HD 98800B系統中的四顆恒星之間都存在著引力作用,但每對恒星之間的距離卻非常大,接近50個天文單位(一個天文單位相當于地球與太陽的平均距離,約1.5億公里,與冥王星到太陽的距離相當。對這一奇特系統更進一步的觀測表明,在構成圓盤的兩條環中,一條距離中心的兩顆恒星約5.9個天文單位,另一條則距離約1.2個天文單位。不過,在較近的環狀結構中卻未必會演化出行星,其最有可能成為小行星和彗星的搖籃。而在另一條環狀結構中則非常有可能孕育出行星。
加利福尼亞大學的天文生物學家埃利斯·費爾蘭表示:“通常來說,當在原始的行星盤中形成自由的運行通道后,就意味著行星的形成。但是在HD 98800B系統中卻存在著兩個相對獨立的原始行星盤,并且它們還要受到四顆恒星引力的影響。”
計算結果表明,在數百萬年之后,HD 98800B中將會誕生首批行星系。
最新發現
2022年7月消息,由清華大學天文系祝偉教授牽頭的國際團隊宣布在宇宙中發現兩個罕見的恒星系統。該系統均是由兩顆互相繞行的中央恒星組成,被氣體和塵埃盤包圍,且該盤與中央恒星的軌道成一定角度,呈現出“霧繞雙星”的奇幻效果。
這兩個被命名為Bernhard-1和Bernhard-2的新天體發現的論文于近日在線發表于國際學術期刊《天體物理學雜志快報》。
參考資料 >
罕見!宇宙中有新發現.中華網-新華網.2022-07-15