Sistema estrella

El sistema Algol de tres estrellas se imaginó en el infrarrojo cercano por el interferómetro CHARA con resolución de 0,5 mas en 2009. La forma de Algol C es un artefacto.

Algol A está siendo eclipsado regularmente por el dimmer Algol B cada 2.87 días. (Imaged in the H-band by the CHARA interferometer. Los saltos repentinos en la animación son artefactos.)

La impresión del artista de las órbitas de HD 188753, un sistema de estrellas triple.

Un sistema estelar o sistema estelar es un pequeño número de estrellas que orbitan entre sí, unidas por la atracción gravitatoria. Un gran grupo de estrellas unidas por la gravitación generalmente se denomina cúmulo de estrellas o galaxia, aunque, en términos generales, también son sistemas estelares. Los sistemas estelares no deben confundirse con los sistemas planetarios, que incluyen planetas y cuerpos similares (como los cometas).

Un sistema estelar de dos estrellas se conoce como estrella binaria, sistema estelar binario o estrella doble física. Si no hay efectos de marea, ni perturbación de otras fuerzas, ni transferencia de masa de una estrella a la otra, dicho sistema es estable y ambas estrellas trazarán una órbita elíptica alrededor del baricentro del sistema indefinidamente. (Ver Problema de dos cuerpos). Ejemplos de sistemas binarios son Sirius, Procyon y Cygnus X-1, el último de los cuales probablemente consiste en una estrella y un agujero negro.

Múltiples sistemas estelares

Un sistema estelar múltiple consta de tres o más estrellas que, desde la Tierra, parecen estar cerca unas de otras en el cielo. Esto puede deberse a que las estrellas están realmente cerca físicamente y unidas gravitatoriamente entre sí, en cuyo caso se trata de una estrella múltiple física, o esta cercanía puede ser meramente aparente, en cuyo caso se trata de una óptica Las estrellas múltiples físicas también se denominan comúnmente estrellas múltiples o sistemas estelares múltiples.

La mayoría de los sistemas estelares múltiples son estrellas triples. Es menos probable que ocurran sistemas con cuatro o más componentes. Los sistemas de estrellas múltiples se denominan triple, ternario o trinario si contienen 3 estrellas; cuádruple o cuaternaria si contienen 4 estrellas; quíntuple o quintenario con 5 estrellas; séxtuple o sextenario con 6 estrellas; septuple o septenario con 7 estrellas; óctuple u octenario con 8 estrellas. Estos sistemas son más pequeños que los cúmulos estelares abiertos, que tienen una dinámica más compleja y suelen tener de 100 a 1000 estrellas. La mayoría de los sistemas estelares múltiples conocidos son triples; para multiplicidades más altas, el número de sistemas conocidos con una multiplicidad dada disminuye exponencialmente con la multiplicidad. Por ejemplo, en la revisión de 1999 del catálogo de estrellas múltiples físicas de Tokovinin, 551 de los 728 sistemas descritos son triples. Sin embargo, debido a los supuestos efectos de selección, la capacidad de interpretar estas estadísticas es muy limitada.

Los sistemas de estrellas múltiples se pueden dividir en dos clases dinámicas principales:

(1) sistemas jerárquicos, que son estables, y consisten en órbitas anidadas que no interactúan mucho, y así cada nivel de la jerarquía puede ser tratado como un Problema de dos cuerpos

o

(2) la trapezia que tiene órbitas de interacción inestables y son modeladas como N-body problem, exhibiendo comportamiento caótico. Pueden tener 2, 3 o 4 estrellas.

Sistemas jerárquicos

Sistema de estrellas llamado DI Cha. Aunque sólo dos estrellas son aparentes, en realidad es un sistema cuádruple que contiene dos conjuntos de estrellas binarias.

La mayoría de los sistemas de estrellas múltiples están organizados en lo que se llama un sistema jerárquico: las estrellas del sistema se pueden dividir en dos grupos más pequeños, cada uno de los cuales atraviesa una órbita más grande alrededor del sistema's centro de masa. Cada uno de estos grupos más pequeños también debe ser jerárquico, lo que significa que deben dividirse en subgrupos más pequeños que a su vez son jerárquicos, y así sucesivamente. Cada nivel de la jerarquía puede tratarse como un problema de dos cuerpos al considerar pares cercanos como si fueran una sola estrella. En estos sistemas hay poca interacción entre las órbitas y las estrellas' el movimiento seguirá aproximándose a órbitas keplerianas estables alrededor del centro de masa del sistema, a diferencia de los inestables sistemas de trapecio o la dinámica aún más compleja de la gran cantidad de estrellas en cúmulos estelares y galaxias.

Sistemas estelares triples

En un sistema estelar triple físico, cada estrella orbita alrededor del centro de masa del sistema. Por lo general, dos de las estrellas forman un sistema binario cercano y la tercera orbita este par a una distancia mucho mayor que la de la órbita binaria. Este arreglo se llama jerárquico. La razón de esta disposición es que si las órbitas interior y exterior son de tamaño comparable, el sistema puede volverse dinámicamente inestable, lo que provocaría la expulsión de una estrella del sistema. EZ Aquarii es un ejemplo de un sistema triple jerárquico físico, que tiene una estrella exterior que orbita un binario físico interior compuesto por dos estrellas enanas rojas más. Las estrellas triples que no están todas ligadas gravitacionalmente pueden comprender un binario físico y un compañero óptico (como Beta Cephei) o, en casos raros, un puramente óptico estrella triple (como Gamma Serpentis).

Multiplicidades más altas

Diagramas móviles:

1. multiplex
2. simplex, sistema binario
3. simplex, sistema triple, jerarquía 2
4. simplex, sistema cuádruple, jerarquía 2
5. simplex, sistema cuádruple, jerarquía 3
6. simplex, sistema quintuple, jerarquía 4.

Los sistemas estelares múltiples jerárquicos con más de tres estrellas pueden producir varios arreglos más complicados. Estos arreglos pueden ser organizados por lo que Evans (1968) llamó diagramas móviles, que parecen móviles ornamentales colgados del techo. En la figura de la derecha se dan ejemplos de sistemas jerárquicos (Diagramas móviles). Cada nivel del diagrama ilustra la descomposición del sistema en dos o más sistemas de menor tamaño. Evans llama a un diagrama multiplex si hay un nodo con más de dos hijos, es decir, si la descomposición de algún subsistema involucra dos o más órbitas con tamaño comparable. Como ya hemos visto para las estrellas triples, esto puede ser inestable, se espera que las estrellas múltiples sean simples, lo que significa que en cada nivel hay exactamente dos hijos. Evans llama al número de niveles en el diagrama su jerarquía.

• Un diagrama simple de jerarquía 1, como en (b), describe un sistema binario.
• Un diagrama simple de jerarquía 2 puede describir un sistema triple, como en (c), o un sistema cuádruple, como en (d).
• Un diagrama simple de jerarquía 3 puede describir un sistema con cualquier lugar de cuatro a ocho componentes. El diagrama móvil en (e) muestra un ejemplo de un sistema cuádruple con jerarquía 3, que consiste en un único componente distante orbitando un sistema binario cercano, con uno de los componentes del binario cercano siendo un binario aún más cercano.
• Un ejemplo real de un sistema con jerarquía 3 es Castor, también conocido como Alpha Geminorum o α Gem. Consiste en lo que parece ser una estrella binaria visual que, tras una inspección más cercana, se puede ver que consiste en dos estrellas binarias espectroscópicas. Por sí mismo, este sería un sistema cuádruple de jerarquía 2 como en (d), pero está orbitado por un componente más distante más débil, que también es un binario enano rojo cercano. Esto forma un sistema sextuple de jerarquía 3.
• La jerarquía máxima que ocurre en el catálogo de múltiples estrellas de A. A. Tokovin, a partir de 1999, es 4. Por ejemplo, las estrellas Gliese 644A y Gliese 644B forman lo que parece ser una estrella binaria visual cercana; porque Gliese 644B es un binario espectroscópico, este es en realidad un sistema triple. El triple sistema tiene el compañero visual más distante Gliese 643 y el compañero visual todavía más distante Gliese 644C, que, debido a su movimiento común con Gliese 644AB, se cree que está ligado gravitacionalmente al triple sistema. Esto forma un sistema quintuple cuyo diagrama móvil sería el diagrama del nivel 4 que aparece en (f).

También son posibles jerarquías más altas. La mayoría de estas jerarquías superiores son estables o sufren perturbaciones internas. Otros consideran que las estrellas múltiples complejas se desintegrarán teóricamente con el tiempo en estrellas múltiples menos complejas, como son posibles los triples o cuádruples observados más comunes.

Trapecio

Los trapecios suelen ser sistemas muy jóvenes e inestables. Se cree que se forman en viveros estelares y se fragmentan rápidamente en estrellas múltiples estables, que en el proceso pueden expulsar componentes como estrellas galácticas de alta velocidad. Reciben su nombre del sistema estelar múltiple conocido como Cúmulo Trapecio en el corazón de la Nebulosa de Orión. Tales sistemas no son raros y comúnmente aparecen cerca o dentro de nebulosas brillantes. Estas estrellas no tienen arreglos jerárquicos estándar, pero compiten por órbitas estables. Esta relación se llama interacción. Tales estrellas eventualmente se establecen en un binario cercano con un compañero distante, con las otras estrellas previamente en el sistema expulsadas al espacio interestelar a altas velocidades. Esta dinámica puede explicar las estrellas fugitivas que podrían haber sido expulsadas durante una colisión de dos grupos de estrellas binarias o un sistema múltiple. A este evento se le atribuye la expulsión de AE Aurigae, Mu Columbae y 53 Arietis a más de 200 km·s⁻¹ y se ha rastreado hasta el grupo Trapezium en la Nebulosa de Orión hace unos dos millones de años.

Designaciones y nomenclatura

Designaciones de múltiples estrellas

Los componentes de varias estrellas se pueden especificar agregando los sufijos A, B, C, etc., al sistema's designación. Se pueden usar sufijos como AB para indicar el par formado por A y B. La secuencia de letras B, C, etc. puede asignarse en orden de separación del componente A. A los componentes descubiertos cerca de un componente ya conocido se les pueden asignar sufijos como Aa, Ba, etc.

Nomenclatura en el Catálogo de Estrellas Múltiples

Notación subsistema en el catálogo de múltiples estrellas de Tokovinin

A. A. El Catálogo de Estrellas Múltiples de Tokovinin utiliza un sistema en el que cada subsistema en un diagrama móvil está codificado por una secuencia de dígitos. En el diagrama móvil (d) anterior, por ejemplo, al sistema más amplio se le daría el número 1, mientras que el subsistema que contiene su componente principal se numeraría 11 y el subsistema que contiene su componente secundario se numeraría 12. Subsistemas que aparecerían a continuación esto en el diagrama móvil se le dará números con tres, cuatro o más dígitos. Al describir un sistema no jerárquico por este método, el mismo número de subsistema se utilizará más de una vez; por ejemplo, un sistema con tres componentes visuales, A, B y C, de los cuales no se pueden agrupar dos en un subsistema, tendría dos subsistemas numerados 1 que denotarían los dos binarios AB y AC. En este caso, si B y C se descompusieran posteriormente en binarios, se les asignarían los números de subsistema 12 y 13.

Nomenclatura del futuro sistema estelar múltiple

La nomenclatura actual para estrellas dobles y múltiples puede causar confusión, ya que las estrellas binarias descubiertas de diferentes maneras reciben diferentes designaciones (por ejemplo, designaciones de descubridor para estrellas binarias visuales y designaciones de estrellas variables para estrellas binarias eclipsantes) y, lo que es peor, componente las letras pueden ser asignadas de manera diferente por diferentes autores, de modo que, por ejemplo, la A de una persona puede ser la C de otra. La discusión que comenzó en 1999 dio como resultado cuatro esquemas propuestos para abordar este problema:

• KoMa, un esquema jerárquico que utiliza letras mayúsculas y minúsculas y números árabe y romano;
• Diseño Urbano/Corbin Método, un esquema numérico jerárquico similar al sistema de Clasificación Dewey Decimal;
• The Sequential Designation Method, a non-hierarchical scheme in which components and subsystems are assigned numbers in order of discovery; and
• WMC, el catálogo multiplicidad de Washington, un esquema jerárquico en el que los sufijos utilizados en el catálogo de doble estrella de Washington se extienden con letras y números sufijados adicionales.

Para un sistema de designación, identificar la jerarquía dentro del sistema tiene la ventaja de que facilita la identificación de subsistemas y el cálculo de sus propiedades. Sin embargo, causa problemas cuando se descubren nuevos componentes en un nivel superior o intermedio a la jerarquía existente. En este caso, parte de la jerarquía se desplazará hacia adentro. Los componentes que no existen, o que luego se reasignan a un subsistema diferente, también causan problemas.

Durante la 24.ª Asamblea General de la Unión Astronómica Internacional en 2000, se aprobó el esquema WMC y las Comisiones 5, 8, 26, 42 y 45 resolvieron que debería expandirse a un esquema de designación uniforme utilizable. Posteriormente se preparó una muestra de un catálogo utilizando el esquema WMC, que cubre media hora de ascensión recta. El tema se discutió nuevamente en la 25ª Asamblea General en 2003, y las comisiones 5, 8, 26, 42 y 45, así como el Grupo de Trabajo sobre Interferometría, resolvieron nuevamente que el esquema WMC debería expandirse y desarrollarse aún más..

El ejemplo de WMC está organizado jerárquicamente; la jerarquía utilizada se basa en períodos o separaciones orbitales observados. Dado que contiene muchas estrellas dobles visuales, que pueden ser ópticas en lugar de físicas, esta jerarquía puede ser solo aparente. Utiliza letras mayúsculas (A, B,...) para el primer nivel de la jerarquía, letras minúsculas (a, b,...) para el segundo nivel y números (1, 2,....) para el tercero. Los niveles subsiguientes usarían letras minúsculas y números alternados, pero no se encontraron ejemplos de esto en la muestra.

Ejemplos

Binario

Sirius A (centro), con su compañero enano blanco, Sirius B (abajo izquierdo) tomado por el Telescopio Espacial Hubble.

• Sirius, un binario que consiste en un tipo de secuencia principal Una estrella y un enano blanco
• Procyon, que es similar a Sirius
• Mira, una variable compuesta por un gigante rojo y un enano blanco
• Delta Cephei, una variable Cepheid
• Epsilon Aurigae, un binario eclipsante
• Spica

Triple

• Alpha Centauri es una estrella triple compuesta por un principal par de enana amarilla binaria (Alpha Centauri A y Alpha Centauri B), y un enano rojo saliente, Proxima Centauri. Juntos, A y B forman una estrella binaria física, designada como Alpha Centauri AB, α Cen AB, o RHD 1 AB, donde el AB denota que es un sistema binario. La órbita moderadamente excéntrica del binario puede hacer que los componentes sean tan cercanos como 11 AU o tan lejos como 36 AU. Proxima Centauri, también (aunque menos frecuentemente) llamado Alpha Centauri C, está mucho más lejos (entre 4300 y 13.000 AU) de α Cen AB, y orbita el par central con un período de 547.000 (+66.000/-40,000) años.
• Polaris o Alpha Ursae Minoris (α UMi), la estrella del norte, es un sistema de estrellas triples en el que la estrella compañera más cercana está muy cerca de la estrella principal, tan cerca que sólo se conocía de su tug gravitacional en Polaris A (α UMi A) hasta que fue imaginada por el Telescopio Espacial Hubble en 2006.
• Gliese 667 es un sistema de estrellas triple con dos estrellas de secuencia principal tipo K y un enano rojo. El enano rojo, C, alberga entre dos y siete planetas, de los cuales uno, Cc, junto a los Cf no confirmados y Ce, son potencialmente habitables.
• HD 188753 es un sistema de estrellas triple situado aproximadamente 149 años luz de distancia de la Tierra en el Cygnus de la constelación. El sistema está compuesto por HD 188753A, un enano amarillo; HD 188753B, un enano naranja; y HD 188753C, un enano rojo. B y C orbitan cada 156 días, y, como grupo, orbitan A cada 25.7 años.
• Fomalhaut (α PsA, α Piscis Austrini) es un sistema de estrellas triple en la constelación Piscis Austrinus. Se descubrió que era un sistema triple en 2013, cuando la estrella de la bengala tipo K TW Piscis Austrini y la enana roja LP 876-10 fueron confirmados para compartir el movimiento adecuado a través del espacio. La primaria tiene un disco de polvo masivo similar al del sistema solar temprano, pero mucho más masivo. También contiene un gigante de gas, Fomalhaut b. Ese mismo año, la estrella terciaria, LP 876-10 también fue confirmada para albergar un disco de polvo.
• HD 181068 es un sistema triple único, que consiste en un gigante rojo y dos estrellas de la secuencia principal. Las órbitas de las estrellas están orientadas de tal manera que las tres estrellas se eclipsan entre sí.

Cuádruple

HD 98800 es un sistema estrella cuádruple situado en la asociación TW Hydrae.

• Capella, un par de estrellas gigantes orbitadas por un par de enanos rojos, a unos 42 años luz del Sistema Solar. Tiene una magnitud aparente de alrededor de 0.08, haciendo de Capella una de las estrellas más brillantes del cielo nocturno.
• 4 Centauri
• Mizar se dice a menudo que ha sido la primera estrella binaria descubierta cuando fue observada en 1650 por Giovanni Battista Riccioli^{, pág. 1} pero probablemente fue observado antes, por Benedetto Castelli y Galileo. Más tarde, la espectroscopia de sus componentes Mizar A y B reveló que ambos son estrellas binarias.
• HD 98800
• El sistema Kepler-64 tiene el planeta PH1 (descubierto en 2012 por el grupo Planeta Hunters, una parte del Zooniverse) orbitando dos de las cuatro estrellas, lo que lo convierte en el primer planeta conocido en estar en un sistema estrella cuádruple.
• KOI-2626 es el primer sistema estrella cuádruple con un planeta de tamaño terrestre.
• Xi Tauri (Tau, Š Tauri), situado a unos 222 años luz, es una estrella de cuádruple espectroscópica y eclipsante que consiste en tres estrellas de primera secuencia tipo B blanco azul, junto con una estrella tipo F. Dos de las estrellas están en una órbita cercana y giran una vez cada 7.15 días. Estos a su vez orbitan la tercera estrella una vez cada 145 días. La cuarta estrella orbita las otras tres estrellas aproximadamente cada cincuenta años.

Quíntuple

• Beta Capricorni
• Delta Orionis
• HD 155448
• KIC 4150611
• 1SWASP J093010.78+533859.5

Séxtuple

• Beta Tucanae
• Castor
• HD 139691
• TYC 7037-89-1
• Si Alcor es considerado parte del sistema Mizar, el sistema puede considerarse un sextuple.

Septuple

• Nu Scorpii
• AR Cassiopeiae
• V871 Centauri

Octuple

• Gamma Cassiopeiae

Ninguno

• QZ Carinae