Двойные звезды – достаточно распространенные объекты в наблюдаемой Вселенной. Но, невзирая на это, они вызывают неподдельный интерес у астрономов всего мира.
Ученые утверждают, что двойные звезды составляют примерно половину всех звезд нашей галактики. Двойная звезда представляет собой систему, состоящую из двух объектов (звезд), связанных между собой гравитационными силами. Обе звезды, входящие в систему, вращаются вокруг общего центра их масс. Расстояния между звездами могу отличаться, равно как и масса этих звезд, а также их размеры. Обе звезды, входящие в гравитационную систему, могут иметь, как схожие, так и отличительные характеристики. Например, звезда А может иметь большую массу или размер, чем звезда В.
Двойные звезды помечают латинскими буквами традиционно. Обычно буквой «А» помечают более яркого и массивного компаньона. Буквой «В» — менее яркую и массивную звезду.
Ярким примером системы двойной звезды выступает ближайшая к нам звездная система – А и В. Она представляет собой целостную систему из двух звезд. Сама же Альфа Центавра состоит из трех компонентов. Если взглянуть на эту звезду, не прибегая к помощи различных оптических приборов, невооруженным глазом она будет визуально восприниматься, как одна звезда. Если посмотреть на нее через телескоп, то мы отчетливо увидим два, а то и три компонента этой системы. В качестве других примеров двойных звезд можно привести систему Бета Лиры, систему Бета Персея (Алголь), и другие звезды.
Классификация
Астрономами было уже давно обнаружено, что двойные звезды могут отличаться по типу своего происхождения, физическим параметрам и прочим характеристикам. По этой причине ученые предложили классифицировать эти объекты небесной сферы. Условно двойные звезды разделяют на два типа: звезды, между которыми не происходит обмена масс, и звезды, между которыми он происходит, происходил или будет происходить в будущем. Последние, в свою очередь, подразделяются на контактные и полуразделенные. В контактных системах обе звезды заполняют свои полости Роша. В полуразделенных – только одна звезда.
Помимо представленной выше классификации, двойные звезды можно разделить по способу их наблюдения. Так, существуют астрометрические, затемненные, спектральные и визуальные двойные звезды.
Астрометрические двойные звезды обнаруживаются на небе путем наблюдения изменений и нелинейности движения видимого объекта системы. Таким способом часто астрономы обнаруживают коричневые карлики, которые иными путями зафиксировать не удается. Затемненные двойные звезды можно обнаружить путем фиксации изменения блеска в паре звезд. Во время вращения звезды-компаньоны как бы затмевают друг друга, и за счет этого выдают себя, как двойная звезда. Метод обнаружения двойной звезды заключается в измерении на протяжении нескольких ночей. Смещение линий спектра звезды на протяжении некоторого времени, большая разница между минимальной и максимальной скоростью звезды, изменение лучевых скоростей – все это может указать на то, что наблюдаемое нами небесное тело – двойная звезда. Визуальный метод обнаружения двойных звезд самый простой. При помощи мощного телескопа мы можем обнаружить двойные звезды, которые удобны для визуального наблюдения и находятся на сравнительно недалеком от нас расстоянии.
Явления и феномены, связанные с двойными звездами
Интересным феноменом, который тесно связан с двойными звездами, является парадокс Алголя. Алголь – это двойная звезда, которая находится в созвездии Персея. Согласно общей теории эволюции небесных светил, чем больше масса звезды, тем быстрее она проходит все стадии эволюции. Но Парадокс Алголя заключается в том, что Алголь В – компонент двойной звезды, который обладает меньшей массой, эволюционно старше более массивного компонента этой системы – Алголь А. Ученые считают, что данный парадокс напрямую связан с эффектом перетекания масс в тесных двойных системах, за счет которого меньшая по размерам звезда могла эволюционировать быстрее более массивного компонента системы.
С Парадоксом Алголя тесно связано еще одно интересное астрономическое явление, свойственное двойным звездам – это обмен массами между ними. Компоненты двойных звезд способны обмениваться своими массами и частицами друг с другом. У каждого из компонентов есть полость Роша – область, в которой гравитационные силы одного компаньона преобладают над гравитационными силами другого. Точка соприкосновения полостей Роша обеих звезд именуется точкой Лагранжа. Через эту точку возможно перетекание вещества одного компаньона к другому.
Интересным явлением, связанным с двойными звездами, можно также считать симбиотические системы двойных звезд. Данные системы состоят, как правило, из красного гиганта и белого карлика, которые вращаются вокруг общего центра масс. Продолжительность жизни таких систем сравнительно невелика. Однако для них характерны новоподобные вспышки, которые способны увеличить яркость звезды в 2-3 раза. Кроме того, симбиотическим двойным звездам свойственны и другие интересные астрофизические характеристики, которые привлекают умы астрономов всего земного шара.
Происхождение и эволюция двойных звезд
Происхождение и эволюция двойных звезд происходит, в принципе, по тому же сценарию, что и у обычных звезд. Однако есть некоторые нюансы, которые отличают происхождение и эволюцию двойных систем от происхождения и эволюции одиночных светил.
Эволюция тесной двойной системы в представлении художника
Как и одинарные звезды, двойные системы образуются под влиянием гравитационных сил из газопылевого облака. В современной астрономии существует три наиболее популярных теории образования двойных звезд. Первая из них связывает образование двойных систем с разделением на раннем этапе общего ядра протооблака, которое послужило материалом для возникновения двойной системы. Вторая теория связана с фрагментацией протозвездного диска, в результате чего могут появиться не только двойные, но и многократные системы звезд. Происходит фрагментация протозвездного диска на более позднем этапе, чем фрагментация ядра. Последняя теория гласит, что образование двойных звезд возможно путем динамических физико-химических процессов внутри протооблака, которое служит материалом для образования звезд.
Экзопланеты вокруг двойных звезд
Исследователи из Принстона и Калифорнийского технологического института в компьютерной модели поместили землеподобную планету на орбиту двойной звезды Kepler-35(AB). Оказалось, что условия на такой планете могли бы быть пригодными для возникновения и поддержания жизни. Даже несмотря на то, что на такую «Землю» действовало бы притяжение обеих звёзд и она перемещалась бы по причудливой, изогнутой орбите.
К сожалению, потенциально обитаемая планета, на небосводе которой светят два солнца, как на Татуине из саги «Звёздные войны», существует только в компьютере. В реальности в системе Kepler-35(AB) наблюдают планету в восемь раз большую, чем Земля, которая совершает полный оборот вокруг двух звёзд всего за 131,5 дня.
По словам исследователей, работа всё же дала важный результат. «Это означает, что системы с двойными звёздами, подобные той, которую мы рассматривали, прекрасно подходят для обитаемых планет, несмотря на значительные различия в объёме солнечного света, который гипотетические планеты в такой системе будут получать», — пояснил один из участников исследования Макс Попп, научный сотрудник Принстонского университета и Института метеорологии Макса Планка в Гамбурге.
Атмосфера из горячего пара
Практически одновременно c новостью о Kepler-35(AB) пришло ещё одно интересное известие. Джону Саутуорту из Килского университета в Великобритании с помощью телескопа ESO/MPG (располагается в Чили) впервые определить наличие атмосферы у планеты, которая может быть похожа на Землю. Планета GJ 1132b обращается вокруг достаточно холодной звезды, красного карлика GJ 1132. Считается, что это скалистое небесное тело на 20% больше Земли в диаметре и на 60% — по массе. Такие планеты называют суперземлями. GJ 1132b находится «всего» в 39 световых годах от Земли.
На некоторых снимках, сделанных с помощью радиотелескопов, планета оказалась меньше, чем на других. Учёные рассмотрели эти снимки и пришли к выводу, что определённая область у края небесного тела прозрачная. Эта область, окружающая планету, и есть её атмосфера. По мнению учёных, газовая оболочка GJ 1132b состоит большей частью из метана или водяного пара. Наличие пара особенно заинтересовало учёных, поскольку это значит, что на планете есть жидкая вода, которая испаряется и образует атмосферу.
Минус три
Планеты, подобные GJ 1132b, похожи по размеру и составу на Землю и находятся на таком расстоянии от своих звёзд, что на них вполне могли сложиться условия для зарождения жизни.
Между тем пока такие планеты всё чаще разочаровывают учёных. Так, по меньшей мере три планеты из семи обращающихся вокруг красного карлика TRAPPIST-1, могут на деле оказаться мёртвыми мирами. Учёные из венгерской Обсерватории Конкоя представили на суд коллег исследование магнитного поля звезды. Оказалось, активность TRAPPIST-1 способна провоцировать частые и мощные магнитные бури.
Подобная геомагнитная буря на Земле в 1859 году вывела из строя телеграфные системы в Европе и Америке. Полярное сияние можно было наблюдать с берегов Карибского моря. С учётом того, что планеты в системе TRAPPIST-1 ближе к звезде, чем Земля к Солнцу, вспышки подобной силы происходят там гораздо чаще. Судя по имеющимся данным, за 80 дней их число может достигать пяти, а более слабые вспышки происходят в четыре раза чаще, чем на Земле. Подобная активность могла сделать атмосферу этих планет непригодной для жизни.
Звезда против атмосферы
Другим разочарованием грозит исследование планеты Проксима b, обращающейся вокруг красного карлика Проксима Центавра. Это ближайшая к Земле экзопланета, расположенная на расстоянии чуть больше четырёх световых лет.
Учёные из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики представили свои модели, согласно которым зарождению жизни на Проксиме b могли помешать не только вспышки на звезде, но и звёздный ветер, гораздо более сильный и неоднородный, чем солнечный. Как недавно сообщили специалисты, именно из-за солнечного ветра мог некогда лишиться своей атмосферы Марс: поток плазмы постепенно выбил больше половины частиц его газовой оболочки в космос. Нечто подобное, вероятно, произошло и с Проксимой b.
Однако скоро у учёных появится возможность узнать гораздо больше о том, есть ли атмосфера у планет в других системах и каков её состав. На 2018 год запланирован запуск космического телескопа имени Джеймса Уэбба, разработанный NASA, Европейским и Канадским космическими агентствами. Он позволит взглянуть на планеты в инфракрасном спектре и проанализировать состав их атмосфер.
Открытая два года назад планета, вращающаяся вокруг сразу двух «солнц», немало удивила научный мир и доказала, что аналоги фантастической планеты Татуин из «Звездных войн» действительно существуют.
Позднее были найдены целые планетные системы, вращающиеся вокруг двойных звезд, однако вопрос о том, могут ли они в принципе быть пригодны для жизни, оставался открытым.
Ученые из международного проекта FACom (Группа вычислительной физики и астрофизики) совместно с мексиканскими астрономами доказали, что двойные светила могут в целом быть более благоприятны для возникновения жизни, чем одиночные. Говоря о возможной обитаемости, или так называемой «зоне обитаемости», куда попадают или не попадают экзопланеты, астрономы, как правило, подразумевают количество излучения, получаемого планетой от звезды: там должно быть не слишком жарко и не слишком холодно для существования жидкой воды. Выполнение этого условия зависит главным образом от температуры самой звезды и расстояния до планеты. Однако для наличия на планете мягкого климата необходимого притока тепла мало.
Еще нужна и плотная влажная атмосфера, задерживающая тепло и позволяющая воде выпадать в качестве осадков.
Поэтому для планеты мало родиться на нужном расстоянии от светила — важно уберечь свою газовую оболочку на самых ранних этапах планетной системы, когда пространство вокруг юной звезды пронизано жестким ультрафиолетовым и рентгеновским излучением, сдувающим атмосферы с планет.
Известно, что наличие такого жесткого излучения у молодых звезд связано с их быстрым вращением и большой магнитной активностью. К примеру, если сегодня на диске Солнца астрономы могут заметить лишь несколько темных пятен одновременно, то сложно представить, какова была картина миллиарды лет назад, когда наше светило вращалось в 5 раз быстрее. По мнению астрономов, именно Солнце в далеком прошлом сделало Марс и Венеру непригодными для жизни.
Солнце раздуло атмосферу близкой Венеры, удалив из нее воду, а с легкого Марса просто сдуло его газовую оболочку.
Ученые под руководством Хорхе Сулуаги из Университета Антьокия (Колумбия) считают, что двойные звезды имеют механизм, благоприятствующий возникновению рядом обитаемых планет. Механизм этот прост: двойные звезды формируются из общего протозвездного облака и с момента рождения гравитационно связаны друг с другом. Приливные силы деформируют звезды, выпячивая их ближние бока по направлению друг к другу и останавливая собственное вращение. Благодаря этому вращение звезд с самого начала становится синхронным: двигаясь вокруг общего центра масс, каждое светило смотрит на соседку одной стороной. Точно такой же механизм когда-то заставил нашу Луну навсегда повернуться одной стороной к Земле.
Этот эффект называют приливной синхронизацией, наблюдается он во вращении двойных звезд, астероидов, планет и их спутников.
Выигрыш от рано остановивших свое вращение звезд для планет очевиден: сразу после рождения они получают куда меньше жесткого излучения и имеют все шансы сохранить атмосферу и воду.
В своей работе, опубликованной в журнале Astrophysical Journal , ученые проанализировали условия в шести известных сегодня планетных системах с двумя звездами — Kepler 16, Kepler 34, Kepler 35, Kepler 38, Kepler 47 и Kepler 64 — и пришли к выводу, что по меньшей мере на трех из них есть подходящие для жизни условия, так как одна из звезд синхронизировала свое вращение. А в системе звезды Kepler 35, состоящей из двух солнцеподобных звезд, внутри зоны обитаемости могут находиться минимум две планеты.
Планеты, вращающиеся вокруг двух или более звезд, могут быть более распространенным во вселенной явлением, чем планеты с одной звездой, пишет www.сайт.
Любители Звездных Войн с теплом на сердце вспоминают момент из фильма, когда задумчивый Люк Скайуокер смотрит на двойной закат, на его родной планете — Татуин. Оказывается, что планеты с двумя солнцами встречаются чаще, чем полагали ученые. Они недавно обнаружили десять таких систем. У ученых даже есть доказательства того, что такие системы более распространены, чем одинарные планета-звезда.
Ученые в течение долгого времени полагали, что большинство звезд имеют одного или двух соседей. Их мучил вопрос, есть ли у этих мульти-звездных систем свои планеты. После запуска телескопа Кеплер в 2009 году астрономы, наконец, получили инструмент для поиска экзопланет в мульти-звездных системах — дальних мирах за пределами Солнечной системы.
Новоиспечённая экзопланета Кеплер-453b находится в 1400 световых лет от Земли. Она вращается вокруг двух солнц, т.е. двоичной звездной системы. Планеты в таких системах называются «вращающимися вокруг двойной звезды» за то, что попадают под влияние двух звезд.
Астрономы обнаружили Кеплер-453b, наблюдая две звезды, которые вращались вокруг друг друга. Свет, исходящий от каждой звезды, был немного серым.
«Эти пятна должны образовываться из-за прохода объекта по орбите» , — объясняет Надер Хагигипур — астроном из Гавайского университета в Маноа. Он был одним из авторов доклада об обнаружении планеты Кеплер-453b в Astrophysical Journal.
14 августа Международный астрономический союз Генеральной Ассамблеей в Гонолулу, Гавайи, опубликовал подробный доклад о планете в двойной звездной системе. Ученые отметили что-то необычное в новой планете вращающейся вокруг двойной звезды. Другие планеты вращаются в той же плоскости, что и их звезды. Это означает, что они проходят перед обеими звездами каждый раз, когда делают полный оборот. Но орбита девятой и десятой планеты наклонена в сравнении с орбитами их солнц.
«Нам очень повезло» , — говорит Хагигипур. Если бы его команда не смотрела на звезду в нужный момент, ученые пропустили бы затемнение и не выявили планету.
То, что они обнаружили еще две планеты, вращающиеся вокруг двойной звезды по необычной плоскости орбиты — означает, что такие системы широко распространены. Хагигипур добавил, что должно быть множество подобных систем, которые пока что не удалось обнаружить.
Ведь если орбита планеты изредка позволяет той пройти между двумя звездами, провал в свете не сразу будет замечен. Следующим шагом для астрономов будет выяснение, как обнаружить подобные экзопланеты. Хагигипур считает, что это проблематично, но возможно. Если планета достаточно большая, ее гравитация влияет на орбиты своих звезд. Астрономы намерены искать крошечные изменения в свете звезд.
«Наиболее известные экзопланеты вращаются вокруг одной звезды» , — отметил Филипп Теобальт — планетарный ученый из Парижской обсерватории во Франции. Он не был вовлечен в открытие двойных систем. В ранних исследованиях уже были обнаружены экзопланеты в системах с несколькими звездами, но ученые находили двойные и тройные звездные системы, где одна планета вращалась только вокруг одной звезды.
Теобальт утверждает, что чем больше двойных и тройных систем будет изучено, тем больше ученые узнают об их механизме работы. По его словам, для лучшего понимания законов вселенной нужно обнаружить еще 50 или 100 систем.
Возможно, именно сейчас на какой-то планете молодой джедай любуется двойным закатом. Это реально, если его родная планета находится в зоне «Златовласки» (безопасной зоне обитания между звездами). Это расстояние от звезды, что позволяет воде быть в жидком состоянии, не испаряясь и не замерзая. Жизнь на Kepler-453b вряд ли возможна, так как эта экзопланета является газовым гигантом. Это означает, что она не имеет твердой поверхности. «Но она может иметь спутники» , — говорит Хагигипур. Поскольку спутник находится в безопасной зоне, там может быть вода, а с ней условия для зарождения жизни.
Планеты, вращающиеся вокруг двух или более звезд, могут быть более распространенным во вселенной явлением, чем планеты с одной звездой, пишет www.сайт. Любители Звездных Войн с теплом на сердце вспоминают момент из фильма, когда задумчивый Люк Скайуокер смотрит на двойной закат, на его родной планете - Татуин. Оказывается, что планеты с двумя солнцами встречаются чаще, чем полагали ученые. Они недавно обнаружили десять таких систем. У ученых даже есть доказательства того, что такие системы более распространены, чем одинарные планета-звезда. Ученые в течение долгого времени полагали, что большинство звезд имеют одного или двух соседей. Их мучил вопрос, есть ли у этих мульти-звездных систем…
Две планеты земных размеров, вращающиеся друг вокруг друга, могут быть частью систем отдаленных звезд, считают исследователи Калифорнийского технологического института (Пасадена).
Солнечная система обеспечивает множество примеров того, как спутники вращаются вокруг планет; Юпитер и Сатурн на двоих обладают более чем 60 спутниками. Тем не менее, эти тела обычно намного меньше, чем их материнские планеты (диаметр Земли больше лунного в четыре раза, а масса нашей планеты в 80 раз больше массы ее спутника).
Как бы то ни было, некоторые спутники могут обладать и планетарными размерами. К примеру, Ганимед, самый большой спутник Юпитера, больше планеты Меркурий (диаметр этого спутника равняется трем четвертям диаметра Марса). Кроме этого, иногда размеры спутника и родительской планеты бывают почти равными (самый большой спутник Плутона, Харон, по диаметру не уступает своей планете). Все вышеперечисленные факты говорят в пользу гипотезы о том, что планеты одинакового размера могут вращаться друг вокруг друга.
Двойные (бинарные) звезды широко распространены в галактике Млечного Пути. Некоторые из этих двойных звездных систем даже известны тем, что вокруг них вращаются экзопланеты. Двойные астероиды также существуют во множестве звездных систем. Несмотря на это, двойные планеты, имеющие земные размеры, рассматриваются пока что, как объект научной фантастики.
Одна из возможностей образования бинарных планет заключается в том, что два миры, вращающиеся вокруг общей звезды, сближаются достаточно для зарождения гравитационного взаимодействия. Для проверки такой возможности исследователи провели симуляцию поведения двух скалистых миров, приближающихся друг к другу. Каждая планета модели была спроектирована как состоящая из 10000 частиц; также ученые варьировали скорость движения планет и значения их углов при приближении друг к другу. Им удалось упростить модель настолько, что проведение каждой симуляции занимало не более дня.
Исследователи провели более двадцати симуляций, которые, тем не менее, часто заканчивались столкновением планет, их срастанием в один мир с образованием диска из космических обломков (из этих обломков в будущем могли бы сформироваться спутники). В некоторых симуляциях планеты на огромной скорости слегка задевали друг друга, вновь отдаляясь в пространстве.
Как бы то ни было, около трети симуляций завершались успешно, то есть образованием бинарных планет. В этом случае главную роль играли легкие контакты миров, происходящие на сравнительно небольших скоростях.
Такие планеты располагаются чрезвычайно близко друг к другу. Обычно, их разделяет расстояние в половину диаметра планеты. Со временем миры начинают, что называется, идти нога в ногу, будучи постоянно обращенными к партнеру одной стороной. Структура двойных миров может оставаться стабильной на протяжении миллиардов лет, так как подобные системы формируются на расстоянии, как минимум, половины астрономической единицы от родительской звезды. В данном случае гравитационное влияние светила не влияет существенным образом на межпланетные связи.
В будущем исследователи собираются провести больше симуляций, наращивая их параметры, чтобы получить лучшее представление о возможности образования бинарных планет.