Какова верхняя граница количества стабильно взаимодействующих звезд в звездной системе?

Верной верхней границы нет. Можно возразить, что галактика — это обширная система из нескольких звезд, состоящая из сотен миллиардов звезд. Естественные галактики не являются абсолютно стабильными (случайные встречи выбрасывают звезды в течение очень длительного времени), но можно построить стабильные системы, взяв пары двойных систем одинаковой массы и поместив их на удаленную круговую орбиту друг вокруг друга. Затем это можно повторять бесконечно, с$2^n$звезды, образующие обширную систему.

На практике такие аккуратные системы вряд ли сформируются естественным образом ( 4 уровня, по-видимому, являются максимальным наблюдаемым и часто включают очень неравные массы), и очень широкие системы будут сталкиваться с другими звездами достаточно часто, чтобы быть дестабилизированными. Эксцентриситеты, как правило, имеют треугольную форму.$f(e)=2e$изотермическое распределение, делающее вещи менее стабильными. См. (Duchêne & Kraus 2013) дополнительную статистику.

(Кроме того, Джарон Ланье и Пит Хат предложили построить такие обширные иерархические системы в качестве четкого индикатора присутствия разумной жизни.)

Либо три, либо неограниченно, в зависимости от вашего определения.

Система из трех звезд была бы одним из стабильных решений проблемы n тел : большая звезда, доминирующая над системой, меньшая звезда, вращающаяся вокруг нее, и очень маленькая звезда (например, красный карлик) в L4 или L4 меньшей звезды. Точка L5.

В неограниченном случае у вас есть две звезды, вращающиеся вокруг общего центра масс (стабильная система двух тел). Затем вы устанавливаете две такие пары, вращающиеся вокруг друг друга ; если они достаточно далеко друг от друга, каждая пара действует гравитационно, как если бы это было единое тело. Вы можете продолжать складывать пары пар, пары пар пар и так далее, пока не закончится место во Вселенной для них.

Короткий ответ:

Наибольшее количество звезд в известной системе — семь, и восемь кажется теоретическим максимумом. Но возможно, что в экстремальных ситуациях теоретически возможны стабильные системы с более чем семью звездами.

Длинный ответ:

Часть первая из четырех: стабильные звездные системы иерархичны.

В устойчивых звездных системах орбиты отдельных звезд и пар звезд располагаются в иерархическом порядке.

См.: https://en.wikipedia.org/wiki/Star_system#Hierarchical_systems[1].

Две звезды в паре будут вращаться друг вокруг друга ближе, чем любые другие пары или одиночные звезды. Планета, звезда или пара звезд должны будут вращаться вокруг пары звезд на расстоянии, по крайней мере, в несколько раз превышающем их расстояние, чтобы иметь стабильную орбиту. Это причина иерархических типов орбит, обсуждаемых в статье.

Часть вторая: Высшая солнечная система и ее пределы.

Существует блок астронома Шона Рэймонда под названием PlanetPlanet с разделом под названием The Ultimate Solar System, где Рэймонд проектирует правдоподобные воображаемые солнечные системы с целью создать систему с максимально возможным, хотя статистически очень редким и маловероятным, числом пригодных для жизни планет. .

https://planetplanet.net/the-ultimate-solar-system/[2]

Поэтому Рэймонд пытается поместить максимально возможное число планетарных орбит в околозвездную обитаемую зону одной звезды. Он пробует троянские системы с двумя или тремя планетами на одной орбите. Он пытается поместить планеты-гиганты в околозвездную обитаемую зону звезды, с несколькими гигантскими лунами, достаточно большими, чтобы на них можно было обитать, вращаясь вокруг каждой гигантской планеты.

Затем он пытается собрать в систему все больше и больше звезд, каждая из которых имеет как можно больше пригодных для жизни планет.

В «Части 6: Система со многими звездами» он проектирует свой шедевр, систему с 16 звездами, расположенными в иерархии из 8 двойных звезд, расположенных в виде 4 четверичных звезд, расположенных в 2 восьмизвездных звездах, и в общей сложности от 384 до 576 пригодных для жизни миров.

А в следующем посте «Самая большая трагедия в истории Вселенной» он описывает, как такая солнечная система будет разорвана на части, и большинство когда-то обитаемых миров столкнутся с другими планетами, упадут на звезды или будут выброшены в космос. холод межзвездного пространства.

Две 8-звездные системы, составляющие 16-звездную систему, должны быть разнесены так далеко друг от друга, что галактические силы и гравитация проходящих звездных систем будут превращать их когда-то почти круговые орбиты во все более и более эллиптические. Этот эффект просочился бы к четырем звездным системам и парам звезд, и в конечном итоге орбиты всех планет были бы нарушены.

Вот ссылка на статью по теме:

https://www.sciencedaily.com/releases/2013/01/130106145751.htm[3]

Так что, если это так, система с четырехуровневой иерархией и не более чем с восемью звездами будет казаться пределом.

И на самом деле две известные системы с наибольшим количеством звезд считаются семеричными системами с семью звездами, Nu scorpii и AR Cassiopeiae.

https://en.wikipedia.org/wiki/Nu_Scorpii[4]

https://en.wikipedia.org/wiki/AR_Cassiopeiae[5]

Часть третья: Возможные исключения.

Я предполагаю, что если бы звездная система была единственной во Вселенной или, по крайней мере, плавала в межгалактическом пространстве в сотнях или тысячах световых лет или парсеках от ближайшей другой звезды, система, в которой было бы намного больше восьми звезд, должна быть динамически стабильной.

И Раймонд расположил звезды в каждой базовой бинарной паре своей окончательной солнечной системы достаточно далеко друг от друга, чтобы каждая звезда могла иметь планеты в своей обитаемой зоне. Но если бы звезды в каждой паре были разнесены на небольшое расстояние, слишком близко, чтобы планеты вращались вокруг каждой звезды, тогда два набора из восьми звезд также могли бы вращаться друг вокруг друга намного ближе, возможно, достаточно близко, чтобы избежать разрыва.

Таким образом, если не требуется, чтобы пары звезд были разнесены достаточно далеко друг от друга, чтобы иметь плантарные системы, вся система из 16 звезд могла бы быть достаточно тесной, чтобы избежать разрушения и иметь стабильные орбиты. Конечно, такая обширная солнечная система без каких-либо планет показалась бы любителям научной фантастики пустой тратой времени, но физически это может быть возможно.

Часть четвертая: Кольца звезд.

Однако есть один способ, которым теоретически физически возможно, чтобы звездная система имела более семи или восьми звезд на стабильных орбитах.

«Совершенная инженерная солнечная система»

https://planetplanet.net/2017/05/03/the-ultimate-engineered-solar-system/[6]

имеет звезду с кольцом планет, находящихся на одной орбите. На самом деле несколько колец планет в обитаемой зоне звезд. Раймонд говорит, что от 7 до 42 астрономических объектов могут иметь стабильную орбиту, если они имеют одинаковую массу и равномерно распределены по орбите. Механизм, который, вероятно, должен быть создан сверхразвитой цивилизацией, а не происходить естественным путем.

Его источником является эта бумага:

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2010CeMDA.107..487S/abstract[7]

И в другом посте: "Солнечная система с миллионом земных шаров"

https://planetplanet.net/2018/06/01/the-million-earth-solar-system/[8]

Раймонд проектирует гипотетическую систему с гигантской черной дырой, масса которой в миллион раз превышает массу Солнца, и кольцом из звезд вокруг нее. В одной версии это кольцо из 9 звезд, а множество колец обитаемых планет вращаются вокруг черной дыры за пределами кольца звезд. В другой версии есть кольцо из 36 звезд, и множество колец обитаемых планет вращаются вокруг черной дыры внутри звездного кольца.

Таким образом, теоретически вокруг сверхмассивной задней дыры может вращаться одно или несколько колец звезд нормальной массы, в каждом кольце может быть от 7 до 42 звезд.

Помимо этой теоретической возможности, я думаю, что, вероятно, 8 звезд являются наиболее вероятными в естественно формирующейся звездной системе, чтобы иметь долгосрочную стабильность, если эта звездная система вращается внутри галактики и подвергается сильным приливным силам от других звезд.