Witajcie w trójświecie

Nasz Układ Słoneczny – z jedną gwiazdą i planetami – jest wyjątkowy, ponieważ astronomowie wiedzą, że gwiazdy samotne stanowią w kosmosie mniejszość. Zdecydowana większość gwiazd występuje w układach wielokrotnych – najczęściej po dwie, ale też po trzy – gdzie związane są ze sobą grawitacyjnie (nie jest też wcale wykluczone, że kiedyś odkryjemy układy poczwórne). Tercetów jest istotnie mniej niż duetów, ale wcale nie stanowią one rzadkości. W ostatnich latach badacze nieba bacznie przyglądali się tym układom, a głównym celem ich dociekań była odpowiedź na pytania, jak tria gwiazd się rodzą i czy w układach tych mogą występować planety. A jeśli mogą, to w jakich warunkach fizycznych muszą istnieć.

Magnetyzm i fragmentacja

Gwiazdy powstają z zimnych i gęstych obłoków molekularnych, które pod wpływem jakiegoś czynnika zewnętrznego (np. fali uderzeniowej pochodzącej od pobliskiej supernowej) zaczynają się zagęszczać, a następnie zapadać grawitacyjnie. Istnieje kilka hipotez dotyczących tego, jak powstają gwiazdy wielokrotne. Najbardziej uznana mówi, że gdy z obłoku molekularnego tworzy się dysk protogwiezdny, ważnym czynnikiem wpływającym na jego ewolucję jest pole magnetyczne. Im siły magnetyczne w dysku są większe, tym jest on bardziej zwarty i stabilny. Wtedy istnieje szansa na narodziny tylko jednej gwiazdy. Jeśli jednak pole jest słabsze, wówczas łatwiej może dojść do fragmentacji dysku i w efekcie narodzą się dwie lub nawet trzy gwiazdy. Od niedawna wiemy – zjawisko zostało zaobserwowane przez międzynarodowy zespół astrofizyków kierowany przez prof. Johna Tobina z University of Oklahoma – jak dochodzi do fragmentacji dysku, w której wyniku powstają aż trzy gwiazdy. Otóż gdy dysk gazu się obraca, powstała z niego materia zaczyna obracać się jeszcze szybciej i w rezultacie dysk dzieli się na ramiona. Jeśli materii jest dużo, jej część oddziela się w formie ramienia, z którego powstaje kolejna gwiazda. Czyli dodatkowe gwiazdy formują się z dysku materialnego otaczającego główną gwiazdę układu. Obserwacji udało się dokonać przy użyciu teleskopu ALMA, działającego w Chile.

2+1

Gwiazdy potrójne są o wiele rzadsze aniżeli podwójne. Zwykle tercet składa się z dwóch gwiazd okrążających się nawzajem dość blisko i trzeciej, znacznie oddalonej i obiegającej centralną parę. Zdecydowanie rzadziej udaje się badaczom nieba natrafić na takie układy potrójne, w których wszystkie obiekty znajdują się blisko siebie. Układy z trzecią gwiazdą dalszą są szczególnie cenione przez astronomów skupionych na poszukiwaniu planet wokół tercetów gwiazd. W tym przypadku planety są odnajdywane albo w bliskości centralnej pary, albo przy gwieździe dalszej. Jeśli jest ona oddalona znacznie – wiele jednostek astronomicznych od pary – wówczas panują przy niej identyczne warunki jak w przypadku układu pojedynczego, jakim jest np. nasz Układ Słoneczny. Sytuacja zmienia się, jeśli planeta znajduje się przy dwóch bliskich sobie gwiazdach centralnych lub gdy w układzie gwiazda trzecia nie jest istotnie oddalona. Wtedy szanse na powstanie planet w dysku protoplanetarnym są zdecydowanie mniejsze. Dzieje się tak dlatego, że dwie bliskie centralne gwiazdy grawitacyjnie „odcinają” z dysku – z jego wewnętrznej krawędzi – znaczną część materii i tym samym utworzenie się w tym obszarze planety lub planet ze stabilną orbitą staje się znacznie utrudnione. Dyski takie są też istotnie mniejsze. Planety mają więc mniej miejsca, w którym mogą powstać. W znacznej części wewnętrznej krawędzi dysku planety albo nie powstaną, albo ich orbity będą nietrwałe. – Dodatkowo – wyjaśnia prof. Maciej Konacki, znawca układów egzoplanetarnych z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN w Toruniu – jeśli w potrójnym układzie trzecia gwiazda znajduje się blisko dwóch centralnych, wówczas odcina ona grawitacyjnie zewnętrzne partie protoplanetarnego dysku, znajdującego się wokół gwiazd centralnych, i także w tej jego części planety nie powstaną lub nie będą miały stabilnych orbit. W takich układach mogą powstawać głównie małe planety. Uformowanie się większych, typu jowiszowego, jest raczej niemożliwe.

Innymi słowy, jeśli w układzie potrójnym wszystkie gwiazdy są blisko siebie, nie sprzyja to powstaniu w nim planet o stabilnych orbitach w dużych obszarach protoplanetarnego dysku.

Alfa Centauri

Jak widać, w tercetach gwiazd warunki mogą być bardzo dynamiczne i trudne, mimo to spośród prawie 4 tys. odkrytych do tej pory egzoplanet ok. 40 odnaleziono właśnie przy takich układach. To wcale nie tak mało. Najlepiej poznanym i najbliższym nam systemem potrójnym gwiazd jest układ Alfa Centauri, składający się z gwiazd najbardziej podobnych do naszego Słońca. Układ ten jest oddalony o zaledwie nieco ponad 4 lata świetlne od nas. Zaczęto przyglądać mu się uważniej dwa lata temu, gdy wokół gwiazdy Alfa Centauri C, zwanej też Proximą Centauri, odnaleziono planetę typu ziemskiego. Cały układ jest dość klasycznym przykładem gwiazdy potrójnej, przy czym trzecia (właśnie C) oddalona jest od swoich towarzyszek znacznie, bo aż o 10 tys. jednostek astronomicznych (czyli odległości dzielących Ziemię od Słońca).

Ale badania Alfa Centauri są prowadzone od wielu lat. Na przykład kosmiczny teleskop Chandra, wyspecjalizowany w obserwacji kosmosu w zakresie promieniowania rentgenowskiego, przygląda się temu układowi już od dekady. Niedawno podsumowano te analizy i wynika z nich, że gdyby wokół centralnej pary gwiazd istniały planety, miałyby one dość duże szanse na zanurzenie w bezpiecznych ekosferach, a więc sprzyjających rozwojowi życia. Gwiazda A układu jest niemal bliźniaczką naszego Słońca, a jej oddziaływanie w zakresie promieniowania rentgenowskiego jest nawet słabsze. Nieco bardziej aktywna, a więc potencjalnie mniej sprzyjająca planetom, jest gwiazda B – trochę mniejsza od Słońca – ale jej aktywność zaledwie kilka razy przewyższa aktywność słoneczną. Zgoła inaczej jest z trzecim członkiem układu – gwiazdą C, która należy do typu małych, a w zasadzie najmniejszych gwiazd, określanych mianem czerwonych karłów. Jej aktywność aż 500 razy przekracza aktywność Słońca, a gdy dochodzi na niej do silnych, co zdarza się często, erupcji – aż 50 tys. razy. Dzieje się tak dlatego, że w czerwonych karłach dominują strefy konwekcyjne, w których energia gwiazdy jest przekazywana przez ruch materii, nie przez promieniowanie. Z kolei ruch ten wytwarza silne pola magnetyczne, a te stanowią o stopniu aktywności gwiazdy. Trudno więc wyobrazić sobie, by wokół Proximy Centauri C w ogóle istniała dla planet bezpieczna ekosfera. Dotyczy to najpewniej także odkrytej niedawno planety typu ziemskiego okrążającej tę gwiazdę.

Pod wieloma słońcami

Niebo, a na nim aż trzy słońca – każde inne. To oczywiście dość znany motyw wizualny wielu filmów SF, ale też prawdziwy obraz, jaki można oglądać z powierzchni planet przynależących do układów potrójnych gwiazd. Trudno sobie wyobrazić warunki panujące na takich planetach.

Z pewnością znacznie odbiegają one od tych, jakie znamy z Ziemi lub innych planet naszego Układu Słonecznego. Planeta taka podlega wpływom aż trzech słońc – ich promieniowaniu, światłu, które wytwarzają, oraz grawitacji. Jeśli na jednej z takich planet narodziłoby się życie, z pewnością byłoby istotnie inne od naszego. Na przykład rośliny mogłyby mieć zupełnie inny kolor niż ziemskie – nasze do fotosyntezy wykorzystują głównie światło czerwone i niebieskie, więc w liściach dominuje kolor zielony, bo z tej mieszanki bierze się zieleń chlorofilu.

Przemek Berg
dziennikarz naukowy, związany na stałe z redakcją tygodnika „Polityka”