CC BY
45
УДК 524.388
СИСТЕМЫ КРАТНЫХ ЗВЕЗД
Е. В. Кушниренко Научный руководитель - А. А. Снежко
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Рассмотрены системы кратных звезд, возможность зарождения и эволюции разумной жизни в таких системах. Обмен массами тесных двойных звезд, а также проблемы прогнозирования жизни кратных звездных систем.
Ключевые слова: двойные звездные системы, космос, кратные звезды, жизнь вне Земли, обмен масс, динамический хаос.
SYSTEMS OF MULTUPLE STARS
E. V. Kushnirenko Scientific supervisor - A. A. Snezhko
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
Systems of multiple stars, possibility of origin and evolution of reasonable life in such systems are considered. Exchange of mass of close double stars, and also problems of forecasting of life of multiple star systems.
Keywords: double star systems, space, multiple stars, life out of Earth, an exchange of masses, dynamic chaos.
В течение длительного времени человечество пытается ответить на вопрос о возможности существования разумной жизни за пределами Солнечной системы.
Разумная жизнь может возникнуть и продолжать успешно эволюционировать в системах с одной звездой, как в нашем случае. Можно ли допускать существование жизни в системах с двумя, тремя и более звездами?
Система с одной звездой, представляет собой определенный порядок. В центре такой звездной системы находится звезда, например, Солнце, по орбите которой с определенной траекторией движутся другие тела. Звезда в сравнении с другими объектами звездной системы обладает колоссальной гравитацией, удерживающей в своих «сетях» планеты и другие космические тела этой же системы, заставляя их бесконечно падать в космическом пространстве. Если же в такой системе располагается еще один объект, обладающий подобной гравитацией и так же сильно влияющий не только на своего соседа - звезду, но и на все остальные объекты в звездной системе, то такая система называется двойной.
Двойную, тройную, и большей кратности звездные системы можно рассматривать как системы, в которых звезды движутся по цикличной (круговой) траектории друг за другом, находясь на достаточно большом удалении между собой в границах одной звездной системы, оказывая гравитационное влияние друг на друга. Системы с близко расположенными звездами называют тесными звездными системами. Когда в звездную систему входит более 10 звезд, ее называют звездным скоплением [1].
По способу наблюдения с Земли различают визуальные и спектральные кратные звезды. У визуально кратной звезды компоненты могут быть разрешены оптически (телескоп). Кратность спектральной звезды (затемненная кратная) может быть определена только с помощью спектральных (до-плеровских) или фотометрических (по изменению блеска) наблюдений.
Секция «Концепции современного естествознания»
Масса звезды является главным параметром, определяющим их свойства. Зная ее, возможно определить все остальные параметры, как например, светимость, размер и температуру. Так, при массе, равной половине солнечной, звезда окажется тусклым красным карликом, однако, на поздних этапах своей жизни цвет и светимость существенно меняются.
Для астрофизиков наибольший интерес представляют именно тесные двойные системы, так как ко всему прочему, в подобных системах возможен обмен масс за счет их взаимодействия.
Интересный факт. Задача о движении двух тел под действием силы тяжести достаточно проста. Но уже в случае трех тел сравнимой массы задачу в общем случае нельзя решить аналитически, то есть выведя формулу, описывающую движение объектов. Поэтому ученые искали и ищут решения для некоторых упрощенных вариантов этой задачи. Например, можно рассмотреть случай, когда масса одного из тел (назовем его пробным) очень мала и ею можно пренебречь. В XIX веке французский математик Жозеф Луи Лагранж, рассматривая эту задачу, обнаружил, что в поле тяготения двух больших масс есть ровно пять особых точек, где пробное тело может находиться неограниченно долго, если его движение не возмущать. Окрестности точек Лагранжа (их также называют точками либрации) в системах Солнце - Земля или Земля - Луна интересны для размещения там космических аппаратов. Так, например, спутник WMAP, исследующий реликтовое излучение, находится вблизи точки Ь2 системы Солнце - Земля, а обсерватория 80И0, изучающая Солнце, - в точке Ь1.
В процессе эволюции тесных двойных систем обмен масс нередкий процесс. До определенного времени звезды такой системы эволюционируют как одиночные звезды. Позже, когда одна из звезд достигает стадии, например, красного гиганта, то так называемая «полость Роша» - область, где доминирует гравитация одной из компонент двойной системы, становится более не способной вместить большее количество вещества этой звезды, и, как следствие, начинается процесс обмена масс, сопровождающийся возникновением аккреционного диска из-за высокой температуры элементов. И тогда основная часть вещества испускается в звездную систему, образуя общую газовую оболочку. Остальная часть вещества от более массивной звезды начинает перетекать через точку Лагранжа Ь1, которая так же является центром масс или барицентром. В этой точке силы притяжения двух звезд в точности уравновешенны. Это означает, что если, например, поместить в эту точку камень, то он останется неподвижен, если не создает возмущений. Если же немного сместить камень в сторону одной из звезд, он начнет движение по орбите этой звезды. При массе звезд 12 и 9 солнечных, вследствие такого процесса, на вторую звезду начинает перетекать вещество более массивной звезды за короткий период времени. Продолжая испускать вещество, звезда с такой массой не может остановить свой коллапс на этапе белого карлика и преодолев предел Чандрасекара (1,38^1,44 масс Солнца) взрывается как сверхновая, оставляя после себя с большей вероятностью быстровращающуюся горячую нейтронную звезду (пульсар) или черную дыру при условии достаточной первоначальной массы. Приблизительно через 10 миллионов лет пульсар начинает остывать и замедлять свое вращение. К этому времени вторая звезда, набрав дополнительную массу, раздувается до красного гиганта, и вновь начинается процесс обмена массами. При перетекании вещества на нейтронную звезду, она начинает замедляться по мере нарастания массы, и, как следствие, оказывается в атмосфере красного гиганта, проваливаясь в его центр, образуя так называемый объект Торна-Житков. Приблизительно за сто тысяч лет большая часть вещества осядет на нейтронной звезде и в случае преодоления предела Оппенгеймера-Волкова (по последним данным 2,5^3 массы Солнца) последней, она может стать черной дырой [2].
В тройных (кратных) звездах такие процессы обмена масс маловероятны, так как во время эволюции звезд третья звезда с большей вероятностью будет отброшена двумя компаньонами за пределы тесной связи, а возможно и за границы звездной системы. Замечено, что кратные звезды стремятся разбиться на пары двойных звезд и образовать кратные звездные системы. Например, в четырех кратной звездной системе, звезды будут стремиться разбиться на пары тесных звезд, в свою очередь пары звезд будут находиться на большом расстоянии друг от друга. Классическая тройная звездная система, представляет собой пару тесно взаимодействующих звезд и одну на большом удалении.
Для возникновения и продолжительной эволюции разумной жизни необходимы следующие условия, а именно:
1) стабильность траектории объектов планетарного и большего масштаба в звездной системе, исключающая их взаимное пересечение, во избежание столкновений;
2) поддержание на планете температур необходимых и достаточных для возникновения, и существования жизни;
3) возраст звезды, которая не должна находиться на поздней стадии цикла звездной жизни (в случае кратных звезд, разница в стадиях звездной жизни не должна быть большой).
Кратные звездные системы постоянно пребывают в динамическом хаосе, а, следовательно, планеты в них с большей вероятностью подвержены частым катаклизмам, что приводит к исчезновению жизни или отбрасывает эволюцию последней.
Библиографические ссылки
1. Словарь космических терминов [Электронный ресурс]. URL: http://www.federalspace.ru/1272/ (дата обращения: 14.04.2015).
2. Базы данных, научные материалы астрономического Санкт-Петербургского института. [Электронный ресурс]. URL: http://www.astro.spbu.ru/?q=node/12 (дата обращения 10.04.2015)
© Кушниренко Е. В., 2015
