Jupiteris savo ašigaliuose rengia įspūdingus žaibų šou, tačiau šiame ypatingame žvaigždžių masyve „režisieriumi“ nėra vien tik Saulė. Kartais scenarijų papildo palydovai, o planetos magnetosfera elgiasi tarsi sudėtinga elektros instaliacija su daugybe lygiagrečių grandinių. Astronomijoje panašų efektą sukuria neseniai atrastas ypač kompaktiškas keturių žvaigždžių masyvas. Neįprastai tankus objektų išsidėstymas, atrodytų, turėtų smarkiai apsunkinti ilgalaikį stabilumą. Vis dėlto toks masyvas egzistuoja ir veikia.
Atrastasis masyvas TIC 120362137 priklauso retai „3+1“ konfigūracijai. Jo viduje trys žvaigždės sudaro hierarchinę orbitų struktūrą, o ketvirtoji žvaigždė skrieja išorėje, tarsi viso vidinio masyvo palydovas. Vidinė trijulė telpa erdvėje, kuri yra mažesnė už Merkurijaus orbitą, o visas keturių žvaigždžių masyvas išsidėstęs regione, kurio mastelis panašus į atstumą tarp Jupiterio ir Saulės. Tai sistema, kurioje gravitacija nepalieka vietos atsitiktinumui – čia lemia tikslus geometrinis išsidėstymas ir griežtas ritmas.
„3+1“ – įdėtosios orbitos vietoj gravitacinio chaoso
„3+1“ konfigūracija reiškia tvarką, o ne chaosą. Trys žvaigždės sudaro vidinę sistemą, tačiau ne kaip lygiaverčių objektų trijulė bendroje orbitoje. Dažniausiai pirmiausia būna labai glaudi dvinarė žvaigždė, o trečiasis komponentas ją lanko didesne orbita. Tik po to sistemoje atsiranda ketvirtoji žvaigždė, kuri skrieja dar toliau, tarsi viso vidinio masyvo „palydovas“.
TIC 120362137 šerdį sudaro glaudi užtemimų dvinarė žvaigždė. Iš mūsų perspektyvos jos žvaigždės periodiškai viena kitą uždengia, ir šie užtemimai veikia tarsi tikslus laikrodis. Jie leidžia labai tiksliai išmatuoti orbitinius periodus ir pastebėti menkiausius nukrypimus. Prie šios poros prisijungia trečiasis komponentas, skriejantis orbita, kurios periodas yra apie 51,3 dienos. Toks išsidėstymas sukuria konstrukciją, linkusią į subtilius orbitinių parametrų „perstatymus“ dėl tarpusavio gravitacinių sąveikų.
Išorinis „+1“ elementas visą šį vidinį trikartį masyvą apskrieja maždaug per 1046 dienas. Būtent ši išorinė orbita lemia rekordinį sistemos kompaktiškumą. Daugelyje kitų keturgubų žvaigždžių sistemų išorinis komponentas laikosi gerokai toliau – toks atstumas padeda užtikrinti stabilumą. TIC 120362137 atveju išorinis atstumas yra neįprastai mažas tokio tipo masyvui, tačiau sistema vis tiek gali būti aprašoma kaip hierarchinė, o ne laikina gravitacinio susidūrimo būsena.
Kaip tai atrasta: šviesio pokyčiai ir spektro „brūkšninis kodas“
Pirmieji duomenys apie sistemą gauti iš kosminio teleskopo „TESS“ fotometrinių matavimų. Jie atskleidė reguliarius šviesio kritimus, būdingus užtemimų dvejetų elgsenai. Tokios šviesio kreivės astronomams – tarsi stetoskopas gydytojui: nors vidinės struktūros nematyti, pagal ritmą ir papildomus „triukšmus“ galima spręsti, kas vyksta.
Papildomi, ilgesni pritemimai parodė, kad sistemoje vyksta daugiau nei paprastos dvinarės užtemimai. Stebėti šviesio kritimai, trunkantys apie 1–2 dienas ir pasikartojantys kas 25–26 dienas. Toks signalas rodo, jog sistemoje yra dar vienas komponentas, kuris keičia uždengimų geometriją ir įveda antrą, ilgesnį ritmą.
Visos ketvertos patvirtinimui prireikė spektroskopijos – šviesos išskaidymo į spektrą. Tai būdas pagal spektrinių linijų poslinkius išmatuoti, kokiu greičiu žvaigždės artėja prie mūsų ar tolsta. TIC 120362137 atveju pavyko atskirti visų keturių komponentų signalus. Tokia informacija leidžia ne tik spėlioti apie sistemos sandarą, bet ir tiksliai rekonstruoti jos architektūrą bei dinamiką.
Daugiapakopės žvaigždžių sistemos suyra ne dėl to, kad jose per daug masės, o todėl, kad gravitacinės sąveikos ilgainiui priverčia orbitas kisti. Jos gali didinti orbitų elipsiškumą, keisti orbitų posvyrį, sukelti rezonansus. Kuo labiau sistema suspausta, tuo lengviau sukelti grandininę įvykių seką, kai menkas sutrikdymas viename masyvo taške po tam tikro laiko virsta artimais prasilenkimais, masės perdavimu ar net žvaigždžių susiliejimu.
Šioje sistemoje lemiamą reikšmę turi hierarchinė struktūra. Jei žvaigždžių masyvas yra „sudėtas sluoksniais“ (vidinė pora, toliau – trečiasis komponentas, dar toliau – ketvirtasis), jį išlaikyti stabilų paprasčiau nei tuomet, kai visi komponentai skrieja panašiais atstumais. TIC 120362137 yra kraštutinis pavyzdys: orbitos labai mažos, bet išlieka aiški hierarchija. Tai skirtumas tarp gerai suderintos mašinos ir chaotiško „gravitacinio malūno“.
Ši sistema taip pat tampa vertingu modeliu, padedančiu tikrinti daugiakūnės dinamikos teorijas. Toks kompaktiškas masyvas – natūrali laboratorija, kurioje galima stebėti, kaip greitai pasireiškia gravitacinių sąveikų efektai ir kaip laikui bėgant kinta viso masyvo kampinio momento „ekonomika“.
Kas toliau: evoliucija link susiliejimų ir paprastesnio finalo
Skaitmeniniai modeliai rodo, kad vidinė trijulė dabartinėje būsenoje neišliks. Pirmiausia masyviausias glaudžios dvinarės komponentas pasieks raudonojo milžino stadiją ir, išsipūtęs, turėtų susilieti su savo palydovu. Vėliau, tolimesnės evoliucijos metu, susiformavęs objektas turėtų galiausiai susijungti ir su trečiąja vidinės sistemos žvaigžde.
Nors tai skamba dramatiškai, tokia raida daugiakomponentėse žvaigždžių sistemose yra gana logiška. Glaudžios konfigūracijos skatina suartėjimus, masės perdavimą ir galutinį susiliejimą, kai žvaigždės vėlyvose evoliucijos stadijose išsiplečia. Dėl to struktūra ilgainiui supaprastėja. Modeliai rodo, kad galutiniame etape sistemoje veikiausiai liks dvi tarpusavyje besisukančios baltosios nykštukės, kurių orbitinis periodas bus apie 44 dienas. Taip dabartinė dinamiška „ketveriukė“ ilgainiui virs kur kas ramesne, tačiau savo sudėtinga praeitimi išsiskiriančia dvinarine sistema.
