Tähesüsteem: kaksik- ja mitmetärneste süsteemide määratlus
Tähesüsteem või tähesüsteem on väike arv tähti, mis tiirlevad üksteise ümber, olles seotud gravitatsioonilise tõmbega. Suurt arvu gravitatsiooniga seotud tähti nimetatakse üldiselt tähesambaks, kuid laias laastus on ka need tähesüsteemid. Tähesüsteeme ei tohi segi ajada planeedisüsteemidega, mis hõlmavad planeete ja sarnaseid kehi.
Kahest tähest koosnevat tähesüsteemi nimetatakse kaksiktäheks, kaksiktähtede süsteemiks või füüsiliseks kaksiktäheks. Kui puuduvad loodete mõju, muude jõudude põhjustatud häired ja massi ülekandumine ühelt tähelt teisele, on selline süsteem stabiilne. Mõlemad tähed tiirlevad piiramatult ümber süsteemi massikeskme. Kaksiksüsteemide näited on Sirius, Procyon ja Cygnus X-1, millest viimane koosneb tõenäoliselt tähest ja mustast august.
Kaksik- ja mitmetärneste süsteemide tüübid ning vaatlus
Tähesüsteemid võivad koosneda vaid kahest tähest või mitmest komponendist. Oluline on eristada, kas tähed on tõeliselt gravitatsiooniliselt seotud või näivühenduses (optilised paarid). Vaatluse seisukohast eristatakse peamisi klasse:
- Visuaalsed kaksikud — mõlemad komponendid on teleskoobis eristatavad ja nende liikumine on jälgitav.
- Spektroskoopilised kaksikud — komponendid ei pruugi visuaalselt eristuda, kuid nende kiirguse spektrijoontest nähtub perioodiline Doppleri nihke muster, mis paljastab tiirlemise.
- Varjutavad (eclipsing) kaksikud — süsteem on orbiidi tasandi osas vaatleja suunas selliselt pööratud, et tähed varjutavad üksteist; sellest sõltuvad valguse helkuri muutused annavad täpsed orbiidiandmed.
- Astromeetrilised kaksikud — ühe tähe asukoha kõikumised ruumis viitavad varjatud kaaslase olemasolule.
- Hierarhilised mitmetärnsed süsteemid — kolm või enam tähte, mis tihti moodustavad paarid, mida omakorda tiirlevad kauemad kaaslased (stabiilsuse tingimus: selged eraldusastmed ja orbiidisüsteemid).
Dünaamika, stabiilsus ja massiülekanne
Tähed tiirlevad süsteemi massikeskme ümber vastavalt Kepleri seadustele ja Newtoni gravitatsiooniseadusele; nende orbiidi mõõtmisel saab määrata komponentide masside summat ja mõnikord ka üksikuid masse. Lähedastes paarides on olulised nähtused:
- Roche'i piir (Roche lobe) — kui tähe täheldatav kiht ulatub oma Roche'i piirini, võib algatada massiülekande kaaslasele. See võib tekitada akretsioonikettaid, tugevat röntgenkiirgust või korduvalt toimivaid nova-kirjeid.
- Ühine muist (common-envelope) — kui üks täht paisub ja katab kogu süsteemi, võib tekkida kiire hulk kadusid ja orbitaalne kahandamine, mis võib viia kahte kompaktset objekti lähendamiseni või ühinemiseni.
- Ühinemised ja lõppstaadiumid — kahe tiheda objekti (neutronitähed, mustad augud) ühinemine toodab tugevaid röntgen- ja gravitatsioonilaineid ning võib vallandada hävitavaid sündmusi.
Miks tähesüsteemid on tähtsad
Kaksik- ja mitmetärneste süsteemid on astronoomias väga väärtuslikud, sest:
- need võimaldavad tähtede masside otsest määramist, mis on keskne parameeter tähtede evolutsiooni modelleerimisel;
- läbivaadatud massiülekanne ja akretsiooniprotsessid selgitavad nii stellaarseid kaskaade (nova, X-ray binaarid) kui ka raskemate objektide tekkimist;
- möödapääsmatud sündmused nagu Type Ia supernoovad, gravitatsioonilainete allikad ja mustade aukude paaride moodustumine on tihti seotud kahe- või mitmetärneste dünaamikaga;
- mitmetärneste süsteemide stabiilsuse uuringud annavad infot tähtede tekkimisest molekulaarpilvedes ja tähtede klastrite dünaamilisest arengust.
Lõppsõna ja näited
Tähesüsteemid on mitmekesised: alates laialivalguvatest, nõrgalt seotud rühmadest kuni tihedate, aktiivsete paarideni, kus toimub tugev massiülekanne või isegi ühinemine. Sellised süsteemid, nagu Sirius ja Procyon, on head näited suhteliselt lähedastest kaksikutest, mida võib uurida visuaalselt või spektroskoopia abil; Cygnus X-1 illustreerib, kuidas mõnes paaris võib kaaslane olla kompaktne objekt (näiteks must auk) ning miks kaksiktähed on võtmetähtsusega astrofüüsika uurimisvaldkond.
Algol (β Persei) on kolmiktähtede süsteem (Algol A, B ja C) Perseuse tähtkujus. Algol A varjutab iga 2,87 päeva tagant hämaramat Algol B. See animatsioon on kokku pandud 55 pildi põhjal, mis on tehtud lähiinfrapuna H-bandis. Kuna mõned faasid on halvasti kaetud, siis hüppab B mõnes punktis oma teekonnal.
Kunstniku kujutis HD 188753, kolmiktähtede süsteemi orbiitidest
Algoli süsteem, nagu see ilmus 12. augustil 2009.See ei ole kunstiline kujutis, vaid tõeline kahemõõtmeline pilt 1/2 millikaaresekundi lahutusvõimega lähiinfrapuna H-bandis.
Mitu tähesüsteemi
On võimalik, et tähesüsteemides on rohkem kui kaks liiget. Nende tähed on omavahel gravitatsiooniliselt seotud ja võivad olla üksteisele lähedal või mitte.
Hiljuti avastatud viiekordne tähesüsteem (viis tähte) on tuntud kui 1SWASP J093010.78+533859.5. Süsteemis on kaks kaksiktähtede komplekti, millest ühel on väike kolmas täht. Need kaks komplekti on üksteisest kaugel, kaugemal kui Pluuto orbiit on Päikesest. Kaksiktähed on teineteisele lähedal ja ühes kaksiktähtedes puutuvad tähed kokku, kusjuures nende välised ioniseeritud gaasid segunevad. Sellist olukorda nimetatakse kontaktseks kaksiktäheks. Kogutud andmete põhjal on autorid üsna kindlad, et mõlemad kaksiktähed (ja tõenäoliselt kõik viis tähte) on gravitatsiooniliselt seotud ühes süsteemis. Kahe kaksiktähe kaldenurgad (nurk kahe orbitaaltasandi vahel) (88,2(3) ja 86(4) kraadi). See viitab sellele, et nad tekkisid algselt (~9-10 miljardit aastat tagasi) ühest protostellaarsest kettast purunemise teel. Pärast seda jäid nad samale orbitaaltasandile.
Enamik mitmiktähtede süsteeme on kolmiktähed. Nelja või enama komponendiga süsteemid esinevad harvemini.
Mitme tähega süsteemid on väiksemad kui avatud tähtede kogumid, mille dünaamika on keerulisem ja milles on tavaliselt 100-1000 tähte. Enamik teadaolevaid mitmetähelisi süsteeme on kolmekordsed. Näiteks Tokovinini 1999. aasta füüsikaliste mitmiktähtede kataloogi ülevaatuses on 728 kirjeldatud süsteemist 551 kolmiktähtede süsteemi.
Mitmetähelised süsteemid võib jagada kahte põhitüüpi: stabiilsed süsteemid ja kaootilise käitumisega süsteemid. Kaootilised on tavaliselt noorte tähtede süsteemid, mis ei ole veel kaose tõttu häiritud.
Küsimused ja vastused
K: Mis on tähesüsteem?
V: Tähtede süsteem on grupp üksteise ümber tiirlevaid tähti, mida hoiab koos gravitatsiooniline tõmme.
K: Mille poolest erineb tähtede kogum tähesüsteemist?
V: Tähehunnik on suurem rühm tähti, mida seob omavahel gravitatsioon, samas kui tähesüsteem on väiksem rühm tähti.
K: Mis on kaksiktähtede süsteem?
V: Kaksiktähtede süsteem on tähesüsteem, mis sisaldab kahte tähte, mis tiirlevad ümber oma massikeskme.
K: Millised tingimused on vajalikud stabiilse kaksiktähtede süsteemi tekkimiseks?
V: Stabiilne kaksiktähtede süsteem ei nõua loodete mõju, muude jõudude põhjustatud häireid ega massi ülekandumist ühelt tähelt teisele.
K: Kas tähesüsteemi võib segi ajada planeedisüsteemiga?
V: Ei, tähesüsteemi ei tohi segi ajada planeedisüsteemiga, mis koosneb planeetidest ja sarnastest kehadest.
K: Millised on mõned näited kaksiktähtede süsteemidest?
V: Mõned näited kaksiktähtede süsteemidest on Sirius, Procyon ja Cygnus X-1.
K: Milline on Cygnus X-1 tõenäoline koostis?
V: Cygnus X-1 koosneb tõenäoliselt tähest ja mustast august.
