Bizarni zvjezdani sustavi

U kozmičkom kontekstu naše je Sunce tužni samac („koji će tražit mene da mu budem jamac”, rekao bi Mile Kekin). Premda su zvjezdani sustavi sa samo jednom zvijezdom u svemiru najučestaliji ipak veliki postotak, oko 30%, zvjezdanih sustava čine višestruki sustavi, najčešće dvojni i trojni. No, moramo biti zahvalni što naše Sunce nema partnera, pogotovo što nije u bračnom trokutu, jer višestruki zvjezdani sustavi mogu biti tako kompleksni da otežavaju, ili potpuno onemogućavaju, razvoj života.

Dvojni sustavi zvijezda

Dvojni, ili binarni, sustav zvijezda čine dvije, gravitacijski povezane, zvijezde koje orbitiraju jedna oko druge. Kad bi mase obiju zvijezda bile potpuno iste, što je rijedak slučaj, zvijezde bi orbitirale oko točke koja je točno na polovištu spojnice njihovih središta. Tu točku nazivamo baricentar. Ako mase dviju zvijezda nisu iste, baricentar je opet na spojnici, ali bliže masivnijoj zvijezdi. Kod velike razlike u masama, baricentar može čak biti unutar masivnije zvijezde. Tada se čini da manja zvijezda orbitira oko veće, dok veća naizgled miruje. Pažljivije opažanje pokazuje da se veća zvijezda klatari (engleski naziv za to je wobble). To klatarenje je ponekad način da se otkrije dvojni sustav, u slučajevima kad je partner premali da bi bio razlučen izravnim opažanjem.

Osim položaja baricentra, druga važna karakteristika dvojnog sustava je nagib orbitalne ravnine u odnosu na smjer opažanja (određen pravcem koji povezuje opažača i baricentar zvjezdanog sustava). Ako je orbitalna ravnina okomita na smjer opažanja i ako je kutna udaljenost zvijezda dovoljno velika onda se opaža orbitiranje zvijezda oko baricentra. Ako je, u drugoj krajnosti orbitalna ravnina u smjeru opažanja onda jedna zvijezda prelazi preko druge, opažaju se međusobne pomrčine odnosno periodična promjena sjaja. Sve se ovo odnosi na perspektivu zemaljskog astronoma.

Iz perspektive hipotetskog opažača na planetu oko jedne od zvijezda, na nebu su dva Sunca. Nema jednostavne izmjene dana i noći kao na Zemlji. Ritam eventualnih dana i noći, a pogotovo ritam godišnjih doba (koji ovisi o nagibu osi rotacije planeta u odnosu na orbitu matične zvijezde) može biti kompliciran. A onda su i uvjeti za život – ne samo svjetla i tame nego toplijih i hladnijih perioda – također komplicirani. Jedna od poznatijih dvojnih zvijezda je Sirijus, ili Pseća zvijezda, najsjajnija zvijezda u zviježđu Veliki pas i uopće najsjajnija zvijezda noćnoga neba.

Trojni sustavi zvijezda

No, komplikacije dvojnog sustava nisu ništa u odnosu na trojni sustav. Opće rješenje gibanja triju tijela u trodimenzijskom prostoru, od kojih se svako sa svakim gravitacijski privlači, legendarni je problem u fizici. Veliki matematičari su već u 18. stoljeću (Leonhard Euler, 1767. godine i Joseph-Louis Lagrange, 1772. godine) pokazali da nema općeg analitičkog rješenja za taj problem, osim u nekoliko jako posebnih slučajeva. A onda je Henri Poincaré, 1890. godine, otkrio kaotičnu dinamiku problema triju tijela. Naime, ovisno o parametrima sustava (masama svakog od triju tijela, njihovim relativnim udaljenostima i brzinama u nekom trenutku) sustav se može ponašati kaotično, što znači da neizmjerno mala promjena u početnim uvjetima vodi, nakon dovoljno vremena, na posve različito rješenje. Konkretno, ponašanje sustava postaje nepredvidivo.

Možete li zamisliti što to znači? Jedna od stvari u koju smo mi, Zemljani potpuno sigurni, jest da nakon noći opet dolazi dan, u ritmu od 24 sata te da nakon proljeća, ljeta, jeseni i zime (na geografskim širinama na kojima žive čitatelji Buga i njihovi marljivi autori i urednici) opet dolazi proljeće, u ritmu od otprilike 365 dana. Možete li zamisliti svijet u kojem je nepredvidivo kad će svanuti i kad će završiti zima? Postoji čovjek koji se jako potrudio zamisliti takav svijet: slavni kineski pisac znanstvene fantastike Liu Cixin. U svojoj planetarno popularnoj trilogiji Sjećanje na prošlost Zemlje, opisao je zamišljeni planet Trisolaris u stvarno postojećem, i nama najbližem, trojnom sustavu zvijezda Alpha Centauri. Hrvatski prijevod trilogije objavljuje izdavačka kuća Vuković & Runjić. Prva dva dijela su već objavljena: Problem triju tijela (2021.) i Mračna šuma (2021.). Treći dio, Kraj smrti, očekuje se uskoro. Mnogi nestrpljivi hrvatski fanovi nove zvijezde SF-a, Kineza Cixina, posegnu li su za engleskim prijevodom.

Bizarni binarni sustav ZTF J2020+5033

Cixinov izmišljeni svijet Trisolarisa djeluje tako realistično da je u usporedbi s njim stvarni dvojni sustav ZTF J2020+5033 potpuno bizaran. Naime u tom svijetu, kojega su nedavno otkrili američki i nizozemski istraživači, dvije zvijezde obiđu jedna drugu za samo dva sata. Tako kratko vrijeme orbitiranja moguće je zato što su zvijezde jako blizu jedna drugoj. Obje orbite stale bi unutar našeg Sunca. Kako to? Prvo, zvijezde očito nisu velike poput Sunca, nego su puno manje. Radi se zapravo o jednom zvjezdanom ostatku, smeđem patuljku i jednoj zvijezdi male mase koja je u odnosu na naše Sunce sitna. Drugo, taj sustav je vrlo star i s vremenom se međusobna udaljenost smanjivala kao što se smanjuje i kod dvojnih sustava pulsara koji se na kraju stapaju u jedan objekt. ZTF J2020+5033 je relativno daleko od nas, 457 svjetlosnih godina. Relativno s obzirom na Alpha Centauri, koji je otprilike 100 puta bliže. Otkrio ga je teleskop Gaia, smješten u orbitu oko Lagrangeove točke L2, tamo gdje je i teleskop James Webb. Svemirski susjedi udaljeni su otprilike milijun kilometara (najbliže dođu na 400 000 km, što je udaljenost Zemlja-Mjesec), a to je za kozmičke udaljenosti praktički ista točka. A ta točka, L2, je jedno od onih rijetkih analitičkih rješenja problema triju tijela koje je našao još Lagrange. Tri tijela su u ovom slučaju: Sunce, Zemlja i teleskop Gaia. A ovo treće tijelo je zanemarive mase u odnosu na prva dva što još pojednostavnjuje račun. Ipak, satelit nije matematička točka niti je simetričan pa Gaia, kao ni James Webb, nisu mirno parkirani u L2 nego oko te točke orbitiraju.

Sve u svemu, nevjerojatno je koliko realnost može biti fantastična i koliko fantastika može biti realistična. Čitajte Cixina!

Dario Hrupec docent je na Odjelu za fiziku Sveučilišta u Osijeku. Bavi se visokoenergijskom gama-astronomijom. Član je međunarodnih kolaboracija MAGIC i CTA. Autor je niza srednjoškolskih udžbenika iz fizike i tri znanstveno-popularizacijske knjige: “Protiv nadnaravnoga”, “Ažurirani svemir” i “Razumljivi svijet”.