Физликбез-2. У Солнца нет звезды-компаньона. Как бы мы узнали, что она есть?
Этот материал — продолжение начатого недавно цикла «физликбез». Ещё одна байка из интернетов — о существовании невидимой звезды-компаьона у Солнца.
Такой звезды нет, и вот почему.
Чем звёзды тяжелее, тем они меньше живут. Если бы звезда-компаньон существовала, значит, и она и Солнце были бы образованы из одного скопления газа и имели бы одинаковый возраст. Раз вторая звезда погалса раньше — она должна быть тяжелее. Значит, мы бы вместе с Солнцем вращались вокруг общего центра масс всей системы. Этот центр масс должен располагаться далеко за пределами орбиты Плутона.
Вращение вокруг центра масс было бы заметно при измерении параллаксов звёзд и их относительных скоростей. Такие данные отсутствуют.
Более массивная звезда неизбежно сбросила бы верхние слои, которые образовали бы планетарную туманность. Астрономы её увидели бы по крупномасштабным неоднородностям фонового свечения неба и другим эффектам. Возможно, туманность была бы видна и невооружённым глазом. Но по современным данным наоборот — Солнце находится в локальном разреженном пузыре галактического газа, с плотностью в 2 раза меньшей, чем в среднем по Галактике.
Компаьоном мог бы быть коричневый карлик — звезда не потухшая, но и не разгоревшаяся. Но её масса была бы слишком малой, чтобы мы обнаружили её влияние. В любом случае, поиски в «ближнем» межзвёздном пространстве новых объектов ведётся очень активно. Внимательное изучение орбит Нептуна и Плутона, Например, помогло открыть пояс Койпера и облако Оорта — внешнюю периферию Солнечной системы, заполненную коментыми ядрами и астероидами. При наличии там массивного, даже тусклого, тела наблюдались бы высокие неоднородности распределения объектов в поясе, а также высокая кометная активность, либо облако Оорта отсутствовало бы по причине «выметания» объектов гравитационным полем компаньона.
Источник
У Солнца мог быть «компаньон»
Ученые полагают, что у нашего Солнца мог быть «спутник», который помог сформировать Солнечную систему. Наличие другой звезда могло бы объяснить облако Оорта и любую возможную Планету 9.
Согласно новому исследованию, у Солнца когда-то мог быть «компаньон», который помог сформировать Солнечную систему, которую мы знаем сегодня. В самом начале наша звезда могла быть частью двойной системы с другой звездой такой же массы. Эта звезда давно исчезла — и, вероятно, находится в другом месте нашей галактики Млечный Путь — но, возможно, оставила свой след в нашей Солнечной системе.
Если это так, это могло бы помочь объяснить образование облака объектов Оорта на краю нашей солнечной системы и могло бы помочь нам понять историю возможной Планеты 9, которая, по мнению некоторых, скрывается невидимой на краю нашего планетарного соседства.
Новая теория опубликована в Astrophysical Journal Letters и предложена учеными из Гарвардского университета , которые утверждают, что теория может быть проверена с помощью будущих телескопов, поскольку история звезды-компаньона будет отмечена в Солнечной системе. Две звезды застряли бы вместе в скоплении рождения Солнца или группе звезд, которые сформировались примерно в одно и то же время из одного и того же плотного облака молекулярного газа.
Ученые говорят, что что-то странное находится на краю нашей солнечной системы. Если бы две звезды были частью двойной системы, это могло бы объяснить, как облако Оорта может быть захвачено из обломков, оставшихся от образования Солнечной системы, утверждает Амир Сирадж, студент Гарварда, который предложил теорию вместе с профессором Гарвардского университета Ави Лоеба .
«Двоичные системы гораздо более эффективны при захвате объектов, чем одиночные звезды», — сказал профессор Леоба. «Если бы облако Оорта сформировалось так, как мы это наблюдаем, это означало бы, что у Солнца действительно был спутник такой же массы, который был потерян до того, как Солнце покинуло свое скопление».
Объекты из облака Оорта далеки, но оказали значительное влияние на жизнь на Земле, включая потенциально доставку воды на нашу планету и уничтожение динозавров. Таким образом, наследие второй давно потерянной звезды все еще может влиять на жизнь на Земле сегодня.
По словам ученых, тот же процесс мог привести к захвату еще неподтвержденной Планеты 9 и предположить, что в аналогичном месте скрываются другие миры.
Ученые надеются, что обсерватория имени Веры С. Рубин, запуск которой ожидается в начале следующего года, поможет наверняка узнать, существует ли Планета 9 и откуда она могла взяться. Это, в свою очередь, может помочь показать, является ли двойная модель более вероятной, чем более традиционная теория о единственной звезде, говорят исследователи, пишет Independent.
Источник
АСТРОновости
Новости о самых интересных астрономических исследованиях и открытиях
Может ли у Солнца существовать далекая звезда-компаньон?
Планетарные системы далеких двойных звезд нестабильны: резонансы нарушают орбиты таких планет и могут даже привести к их выбросу в пространство.
Эксцентриситет орбиты — параметр ее формы, которая может быть представлена каким-либо коническим сечением (гиперболой, кругом, параболой, эллипсом) — и наклон орбиты экзопланеты, вращающейся вокруг далекой двойной звезды, чаще всего необычно велики. Причину этого астрономы видят в помехах, вызываемых гравитацией более удаленной звезды. Но точно неизвестно, как сила тяжести второй звезды влияет на строение планетной системы.
Исследования простой модели — отдельной планеты, вращающейся вокруг далекой двойной звезды — показывают, что достаточно большое наклонение орбиты звезды к плоскости орбиты планеты приводит к сильным колебаниям эксцентриситета и наклона орбиты. Однако этот резонанс Лидова-Козаи сам неустойчив: его может подавлять влияние других объектов, вызывающее прецессию орбиты планеты — когда ось вращающегося тела медленно передвигается — например, гравитационное взаимодействие в системе с несколькими планетами.
Художественное изображение планетной системы далекой двойной звезды Фото: НАСА
Джихад Тоума (Jihad Touma) из Американского университета в Бейруте и Сешадри Шридхар Сешадри (Seshadri Sridhar) Raman Research Institute в Бангалоре провели компьютерные имитации разных конфигураций таких многопланетных систем далеких двойных звезд.
При этом они наткнулись на ранее незамеченное явление. В целом периоды орбитальных прецессий превышают периоды планет на несколько порядков, так что здесь никакие резонансы невозможны. В системе далекой двойной звезды ситуация может быть иной: орбитальный период второй звезды может быть такой же, что и периоды прецессий планет — и, следовательно, находиться с ними в резонансе. Больше того: даже если такого резонанса сначала нет, планета может, мигрируя в ранней фазе системы, войти в области резонанса.
Такие резонансы увеличивают затем эксцентриситет и наклон орбиты планеты и могут даже привести к выбросу планеты из системы. Исходя из наблюдений, можно ожидать, что далекие двойные звезды содержат меньше многопланетных систем, чем одиночные.
Тоума и Шридхар исследовали также, может ли Солнце иметь далекую звезду-компаньона. Моделирование показало в этом случае высокую вероятность резонанса с орбитой планеты Сатурн, а строение Солнечной системы не допускает существования такого спутника.
Источник
У Солнца могла быть звезда-близнец в прошлом. Где она сейчас и как появилась?
У нашего Солнца был компаньон, и во внешней Солнечной системе могло быть много неоткрытых карликовых планет. Об этом говорится в новом исследовании ученых. Опубликованная в Astrophysical Journal Letters статья доктора Ави Лоеба, профессора наук Гарварда и студента Амира Сираджа идет вразрез с доминирующей теорией «одинокой звезды» в происхождении нашей Солнечной системы. Рассказываем, как к такому выводу пришли ученые? На какие вопросы о нашей Солнечной системе это открытие дает вопросы? Что еще скрывает наша Солнечная система? Как вообще образуются системы с двумя звездами и где «второе Солнце» сейчас?
О чем говорит новая теория?
Астрономы из Гарвардского университета предположили, что Солнце могло быть частью двойной системы — где две звезды вращаются вокруг друг друга — в годы формирования самой Солнечной системы.
Новая теория ученых утверждает, что если бы существовала двойная звездная система, она была бы лучше оснащена для притяжения удаленных объектов своей гравитацией. Проще говоря, такое количество объектов и на таком большом расстоянии от Солнца намекает на то, что у нашей звезды был компаньон-помощник.
Радикально звучащая теория о том, что Солнечная система, возможно, когда-то была двойной звездной системой, состоящей из двух звезд, вращающихся вокруг общей точки в космосе, тем не менее, не должна вызывать удивления, подчеркивают ученые. «Большинство звезд, похожих на Солнце, рождаются с двойными спутниками», — заявил автор исследования.
Как образуются звезды?
Звезды рождаются в облаках пыли и разбросаны по большинству галактик. Широко известный пример пылевого облака — туманность Ориона. Турбулентность глубоко внутри этих облаков порождает узлы с массой, достаточной для того, чтобы газ и пыль могли начать схлопываться под действием собственного гравитационного притяжения. Когда облако схлопывается, материал в центре начинает нагреваться. Именно это горячее ядро в центре коллапсирующего облака — протозвезда — однажды станет звездой. Трехмерные компьютерные модели звездообразования предсказывают, что вращающиеся облака коллапсирующего газа и пыли могут распасться на две или три капли; это объяснило бы, почему большинство звезд в Млечном пути спарены или расположены в группах из нескольких звезд.
Что такое двойные звездные системы?
Вы знаете, что планеты вращаются вокруг звезд точно так же, как наша планета Земля вращается вокруг Солнца. Но знаете ли вы, что звезды также могут вращаться вокруг других звезд? По оценкам ученых, более 80% световых точек на ночном небе на самом деле являются множественными звездными системами. Эти системы могут иметь две, три, четыре или даже больше звезд.
Есть данные, что в звездной системе Джабба в созвездии Скорпиона насчитывается аж семь звезд! Это означает, что наша Солнечная система, которая сейчас всего лишь с одной-единственной звездой, на самом деле довольно редка.
На этой диаграмме показано, как две звезды в двойной системе имеют эллиптическую орбиту (в некоторых случаях она может быть почти круговой). У них есть общий фокус, который является центром масс или барицентром системы и вращается вокруг этой точки. Радиус-вектор, соединяющий две звезды, всегда пересекает барицентр.
Двоичные системы могут иметь очень эллиптические орбиты, как показано выше. В этих случаях эксцентриситет e ближе к 1. Если e близко к 0, орбиты будут более круговыми
Большинство из этих множественных звездных систем являются бинарными звездами; префикс bi- имеет латинское происхождение и означает два. Бинарные звезды — это две звезды, которые имеют общую гравитационную связь и одновременно вращаются вокруг своего общего центра масс. Центр масс объекта (или объектов) является его точкой балансировки. Представьте, что вы можете прикрепить две звезды к концам длинного шеста. Центр масс — это точка, в которой вы можете удерживать этот шест на пальце, чтобы он не наклонялся в ту или иную сторону.
В двойной звездной системе две звезды вращаются вокруг своего общего центра масс.
Двойные звезды классифицируются как «широкие» или «близкие». В широких двойных системах, как следует из названия, орбиты двух звезд держат их далеко друг от друга. Звезды движутся по жизненному пути раздельно и мало влияют друг на друга. Однако близкие двойные системы находятся достаточно близко друг к другу, поэтому гравитационное притяжение одной звезды может деформировать и иногда поглотить другую звезду. Поскольку звезды классифицируются на основе их массы, этот перенос вещества от одной звезды к другой может полностью изменить их жизненный путь.
Облако Оорта — дом комет
Облако Оорта — самый дальний регион нашей Солнечной системы. Считается, что даже ближайшие объекты в Облаке Оорта во много раз дальше от Солнца, чем внешние границы пояса Койпера.
В отличие от орбит планет и пояса Койпера, которые лежат в основном в одном плоском диске вокруг Солнца, Облако Оорта считается гигантской сферической оболочкой, окружающей остальную часть Солнечной системы. Он похож на большой толстостенный пузырь из ледяных кусков космического мусора размером с горы, а иногда и больше. Облако Оорта может содержать миллиарды или даже триллионы объектов.
Поскольку орбиты долгопериодических комет очень длинные, ученые подозревают, что облако Оорта является источником большинства этих комет. Например, комета C/2013 A1 Siding Spring, которая очень близко прошла мимо Марса в 2014 году, не вернется во внутренние области Солнечной системы в течение примерно 740 000 лет.
Расстояние от Солнца до Облака Оорта настолько огромно, что полезно описывать его не в более распространенных единицах измерения миль или километров, а в астрономических единицах. Одна астрономическая единица (или а.е.) —это расстояние между Землей и Солнцем. Эллиптическая орбита Плутона переносит его на расстояние 30 а.е. от Солнца и 50 а.е. Однако считается, что внутренний край Облака Оорта находится на расстоянии от 2 000 до 5 000 а.е. от Солнца. Внешний край может находиться на расстоянии 10 000 или даже 100 000 а.е. от Солнца — это на четверть или половину расстояния между Солнцем и ближайшей соседней звездой.
Хотя считается, что долгопериодические кометы, наблюдаемые среди планет, происходят из Облака Оорта, в самом далеком его участке не наблюдалось ни одного объекта, поэтому пока это теоретическая концепция. Но это остается наиболее широко распространенным объяснением происхождения долгопериодических комет.
Где сейчас это «второе Солнце»?
Итак, если бы у Солнца был двойной спутник, где он? Сейчас его явно нет; такая звезда, как Солнце, на расстоянии 200 млрд км, будет такой же яркой, как Луна в первой четверти.
Если он когда-либо существовал, его давно нет. Большинство звезд рождаются в звездных скоплениях, группах из сотен или даже тысяч звезд, поэтому нет ничего удивительного в том, что Солнце родилось в одном из скоплений 4,6 млрд лет назад. В таком переполненном пространстве очень вероятны встречи между звездами. Если даже красный карлик с массой в одну десятую от массы Солнца пройдет примерно 300 млрд км, он может нарушить работу системы, выбросив бывшего спутника Солнца. Вполне вероятно, что Солнце сохранило бы спутника только около 100 млн лет, прежде чем потерять его, — короткий период по сравнению с нынешним возрастом звезды.
Примеры солнечных систем с двумя звездами
Эта диаграмма сравнивает нашу солнечную систему с Кеплер-47, двойной звездной системой, состоящей из двух планет, одна из которых вращается в так называемой обитаемой зоне. Это золотая середина планетной системы, где жидкая вода может существовать на поверхности планеты.
В отличие от нашей Солнечной системы, Кеплер-47 является домом для двух звезд. Одна звезда похожа на Солнце по размеру, но только на 84% ярче. Вторая звезда — миниатюрная, ее размер составляет всего треть от размера Солнца, а ее яркость составляет менее одного процента. Поскольку звезды меньше нашего Солнца, обитаемая зона системы находится ближе.
Обитаемая зона системы имеет форму кольца с центром на большой звезде. Поскольку главная звезда обращается вокруг центра масс двух звезд каждые 7,5 дней, кольцо обитаемой зоны перемещается.
Рендеринг этого художника показывает, что планета удобно вращается в пределах обитаемой зоны подобно тому, как Земля вращается вокруг Солнца. Один год на орбите спутника Kepler-47c составляет 303 дня. «Кеплер-47c» не является миром, благоприятным для жизни, но считается газовым гигантом, немного больше Нептуна, где может существовать атмосфера из толстых ярких облаков водяного пара.
Открытие демонстрирует разнообразие планетных систем в нашей галактике и предоставляет больше возможностей для поиска жизни, какой мы ее знаем.
Кроме того, исследователи, работающие с данными со спутника NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), обнаружили первую околоземную планету миссии, мир, вращающийся вокруг двух звезд. Планета, получившая название TOI 1338 b, примерно в 6,9 раз больше Земли или находится между размерами Нептуна и Сатурна.
Он находится в системе на расстоянии 1 300 световых лет в созвездии Живописца. Звезды в системе образуют затменную двойную систему, которая возникает, когда звездные спутники кружат друг над другом в нашей плоскости обзора. Один примерно на 10% массивнее нашего Солнца, а другой холоднее, тусклее и составляет всего одну треть от массы Солнца.
Транзиты TOI 1338 b нерегулярны, от 93 до 95 дней, и различаются по глубине и продолжительности из-за орбитального движения его звезд. TESS видит только транзиты, пересекающие большую звезду — транзиты меньшей звезды слишком слабые, чтобы их можно было обнаружить. Его орбита стабильна как минимум следующие 10 млн лет. Однако угол орбиты к нам меняется настолько, что транзит планеты прекратится после ноября 2023 года и возобновится через восемь лет.
Где доказательства «второго Солнца»?
В Облаке Оорта, этой сферической оболочке из ледяных объектов во внешней Солнечной системе. Считается, что он состоит из обломков, оставшихся от образования Солнечной системы, но кажется, что объектов слишком много. Только когда «второе Солнце» вставляется в модель этой новой статьи, облако Оорта становится таким плотным, как мы наблюдаем его сегодня.
Двоичные системы намного более эффективны при захвате объектов, чем одиночные звезды. Если бы Облако Оорта сформировалось так, как наблюдали, это означало бы, что у Солнца действительно был спутник с такой же массой, который был потерян до того, как оно покинуло свое скопление, заявляют ученые.
Это важно, потому что такие объекты в Облаке Оорта, как кометы, могли принести воду на нашу планету. Объекты во внешнем Облаке Оорта, возможно, играли важную роль в истории Земли, например, доставляли воду на планету и привели к вымиранию динозавров.
Ученые также указывают, что двойной спутник Солнца также решает некоторые другие проблемы в нашей Солнечной системе. Например, ледяные тела, вращающиеся вокруг Нептуна, входят в разные группы. Один называется рассеянным диском и состоит из объектов, которые имеют сильно эллиптические и наклонные орбиты, вероятно, выброшенные в эту область пространства в результате столкновения с газовыми гигантами, в первую очередь с Нептуном. Другой пример — внешнее Облако Оорта, огромный сферический объем пространства примерно в триллионе километров от Солнца. Внешних объектов Облака Оорта примерно в 10 раз больше, чем в рассеянном диске, но согласно большинству гипотез о формировании Солнечной системы это число должно быть несколько ниже. В статье астрономы обнаруживают, что двоичная идея естественным образом дает правильное соотношение
Однако что действительно захватывающе в теории «второго Солнца», так это ее последствия для «Девятой планеты».
Есть ли во внешней Солнечной системе до сих пор необнаруженная «Девятая планета»?
Что такое «Девятая планета»? Предполагается, что «Девятая планета» является суперземлей — планетой примерно в 5–15 раз больше Земли, что впервые было высказано в 2016 году.
«Планета Девять» считается маловероятной, поскольку Солнечной системе будет трудно собрать достаточно материала на таком расстоянии от Солнца, чтобы сформировать планету размером с Землю. Это привело астрономов к выдвижению еще более безумно звучащих теорий о том, чем, собственно, может быть наблюдаемый «эффект Девятой планеты».
Одна из других теорий Леба и Сираджа состоит в том, что в нашей солнечной системе существует изначальная черная дыра. Другая — это новая теория «второго Солнца».
Что интересно, последний предсказывает, что во внешней Солнечной системе может скрываться не одна дополнительная планета.
Помимо увеличения шансов на захват большой планеты, «второе Солнце» теоретически должно было помочь перенести больше объектов во внешние области Солнечной системы. Новая модель ученых предсказывает, что должно быть больше объектов с орбитальной ориентацией, аналогичной «Девятой планете».
Как можно проверить теорию «второго Солнца»?
Исследователи предполагают, что обсерватория Vera C Rubin (VRO) в разреженном горном воздухе на пике Серро Пачон в чилийской долине Эльки, чей десятилетний обзор неба должен быть «первым светом» в 2021 году, сможет либо исключить, либо подтвердить «Девятую планету» как черную дыру в течение года.
«Если VRO подтвердит существование «Девятой планеты» и захваченное происхождение, а также обнаружит популяцию захваченных аналогичным образом карликовых планет, то бинарная модель будет иметь преимущество над историей одиноких звезд, которая давно предполагалась», — подтверждают ученые.
В рамках десятилетнего обзора неба, проводимого VRO «Legacy Survey of Space and Time» (LSST), каждые три ночи будет сниматься все ночное небо Южного полушария, причем каждое изображение покрывает площадь, в 40 раз превышающую размер полной Луны.
Широкоугольная обсерватория будет предупреждать астрономов о событиях в реальном времени и создавать огромный архив данных. Ожидается, что это значительно расширит познания астрономов о космосе. Если за пределами Солнечной системы скрывается группа карликовых планет — и даже сама «Девятая планета», VRO может их найти.
Это сделало бы теорию «второго Солнца» более верной, утверждают исследователи.
Источник