Процент одиночных звезд в окрестностях Солнца?

[Борислав]

Хотелось бы выяснить какова доля многозвездных систем среди звезд в свете последних достижений, в том числе имеющие массивные дозвездные компаньены - коричневые карлики.

[Борислав]

Если взять 8 звездных систем в радиусе 10 световых лет, то из них 2 двойные и 1 тройная.
Значит 5/8=62 процента систем одиночные. Но все они кроме нашего Солнца являются красными карликами, и поэтому образование коричневых карликов у них мало вероятно. А для Проксимы Центавра и Летящей Барнада были получены результаты говорячие об отсутствие у них в обитаемых зонах даже небольших планет, по некоторым данным даже массой в несколько масс Земли.

У Шкловского "Вселенная, жизнь, разум" есть интересная цитата:

"В пользу вывода о том, что кратные звездные системы и планетные системы это, по существу, одно и то же явление, говорит статистический анализ проблемы.
В начале этой главы мы писали, что по разным оценкам от 30 до 50 % всех звезд входят в состав кратных систем. Эти оценки, однако, страдают одним существенным дефектом: они не полны и отягощены наблюдательной селекцией. Главная ошибка при таких подсчетах — трудность наблюдения пары, у которой масса одной компоненты значительно больше, чем второй. Об этом уже шла речь выше, при анализе проблемы невидимых спутников звезд. Недавно американские астрономы Абт и Леви выполнили тщательное исследование кратности у 123 ближайших к нам звезд солнечного типа.
Все эти звезды, видимые невооруженным глазом, находятся в северном полушарии неба и удалены от Солнца на расстояния, не превышающие 85 световых лет, так что речь идет о наших ближайших соседях. Так как выбранные звезды достаточно ярки, их можно было самым тщательным образом исследовать с помощью спектрографа с высокой дисперсией на 2,1-метровом рефлекторе Национальной обсерватории Китт Пик (Аризона). В результате этих исследований оказалось, что из 123 выбранных звезд 57 оказались двойными, 11 — тройными и 3 — четверными.
Таким образом, около 60% всех звезд солнечного типа оказались кратными. Но в действительности этот процент должен быть выше, ибо, как это уже подчеркивалось, по причинам чисто наблюдательным, мало массивные компоненты непосредственно наблюдать было невозможно. Чтобы учесть системы с мало массивными компонен-
тами, Абт и Леви на основе полученного ими наблюдательного материала построили зависимость числа пар от отношения масс компонент. Эта зависимость строилась для разных периодов обращения звезд — см. рис. 43. Из этого рисунка видно, прежде всего, что для длинных (> 100 лет) и коротких периодов эта зависимость получается разной. В то время как для коротких периодов число пар по мере уменьшения отношения масс главной звезды и ее спутника медленно убывает, для длинных периодов получается обратная картина. Таким образом, имеются как бы два типа кратных звездных систем. Не вдаваясь в обсуждение этого явления (что будет сделано в гл. 9), обратим здесь внимание только на то, что кривые для малых периодов допускают экстраполяцию вплоть до самых малых, пока еще не наблюдаемых, отношений масс компонент. И вот оказывается, что если экстраполировать кривые до значения этого отношения М2/М1 = 1/100, го можно ожидать еще 20 пар, а если экстраполировать до М2/М1 = 0, то добавится еще 25. Следовательно, полное количество двойных систем будет почти точно равно 123! Другими словами, если учитывать достаточно малые значения отношения М2/М1; то получится, что практически в с е звезды солнечного типа либо кратные, либо окружены семьей планет. Если условно положить, что наибольшая масса планеты равна (Юпитер!), то получится, что всех звезд типа Солнца имеют планетные системы. По нашему мнению, несмотря на сравнительную бедность использовавшегося статистического материала, исследования Абта и Леви являются лучшим из всех существующих обоснованием множественности планетных систем для звезд солнечного типа."

Интересно что уже сейчас известно что около из 160 звездных систем имеющие планеты около 30 имеют звезды-компаньеноы. Любопытно как бы сейчас выглядел полученный график.

[Борислав]

Есть еще одна диаграмма, и даже современная, но в ней к сожалению нет распределения по периодам, хотя возможно что диаграмма построена по короткопериодическим спутникам(?)

Источник http://www.allplanets.ru/10let.htm

Распределение по минимальной массе (величине m sin i) спутников звезд солнечного типа. Виден глубокий минимум в области масс, соответствующей коричневым карликам (от 0,01 до 0,1 масс Солнца). Заштрихованными прямоугольниками отмечены планеты, обнаруженные с помощью спектрометра HARPS

[Борислав]

Наткнулся на интересный препитет 0412356, причем подредактированный в мае этого года
В нем как раз и описывается массовое распределение для ближайших солнцеподобных звезд
Ключевая фраза оттуда

"Приблизительно 16% звезд наподобие Солнца имеют близкие компаньоны (P < 5 лет) более массивные чем Юпитер. Из них:
11% +/- 3% звезды
< 1% - коричневые карлики
5% +/- 2% - планеты-гиганты."

Делается вывод что минимум коричневых карликов на тесных орбитах результат каких-то миграционных процессов.
Интересно а как бы это распределение выглядело у долгопериодических компаньенов? Понятное дело для юпитеров статистику здесь не получить, да и для старых коричневых карликов тоже...

Интересный график период-масса распределения для вторичных компаньенов из астропрепитета. Большие кружки ознают растояние системы ближе чем 25 пс, маленькие от 25 до 50 пс. Коричневые карлики разделены линиями зажигания дейтрия и водорода, 13 и 80 масс Юпитера. График показывает преобладание планет на более высоких орбитах.

[bob]

Cпасибо за обзор.
Имхо, все эти вещи как-то связаны с образованием рассеянных скоплений и звёздных потоков. Исходно скопление довольно связано гравитационно и целиком представляет собою как бы огромную планетную систему из звёзд и планет, обращающихся вокруг. Затем, после взрывов массивных компонент и выметания лишнего газа и пыли, гравитационная связь слабеет, скопление начинает расширяться. Грубо говоря, бывшие  орбитальные скорости становятся достаточными для ухода. Так как они невелики, то и расхождение довольно медленно. Местные небольшие группы Звёзд, планет и коричневых карликов длительное время движутся почти синхронно. Однако, уход компонент идёт, так сказать, поколениями. Сначала скопление покидают звёзды, находившиеся на близких орбитах, имевшие большие скорости орбитального вращения. Примеры: та же барнарда и мю голубя. Они, по меткому выражению Шкловского, "выбрасываются из космической пращи". Огромные размеры солнечной системы и её стройность показывают, что она типичный компонент периферии бывшего скопления, ставшего впоследствии местной группой. Она никогда не обращалась вблизи массивной компоненты и сквозь неё ничего не пролетало "из пращи". С одной стороны, это даёт некоторую надежду на обнаружение коричневых карликов и новых планет, если они образовывались на высоких орбитах, так как эти орбиты не возмущены до огромных расстояний. С другой стороны, низкая плотность периферии скопления оставила нам слишком мало материала для образования здесь массивных тел. Какая из этих тенденций возобладала, скоро будет видно. В ходе тех ИК-обзоров на поиск удалённых компонент системы, о которых мы с Вами и Стасом много говорили. Действительно, пока больше похоже на то, что "одиночные" звёзды находятся в лакунах разрежения. И если рядом и есть коричневые карлики или планетары,  то только "пролётные" по случайности оказавшиеся вблизи при движениях по траекториям со скоростями убегания. Но "не повезло" нам чисто в астрономическом плане. Если бы мы оказались в области высокой плотности, частые космические катастрофы покончили бы с жизнью на  Земле. Мне вот так кажется.

[bob]

Если вспомнить о моих надеждах на обнаружение массивных планетных систем-спутников на  дальней периферии СС, то повторюсь, что это было бы "теоретически удобно", так как в другом случае необходимо придумывать механизм, как одиночные звёзды стали одиночными в эволюции местной группы (бывшего скопления) почему им не досталось своего окружения. Впрочем, местная группа - очень старый объект, практически руины исходного скопления. Так что такие нонсенсы, как свободно летающие планеты, оортоиды, койпероиды, коричневые и красные карлики, совсем лишившиеся окружения, могут уже быть не редкостью, а правилом. А кратные и планетные системы, допустим, уже не в большинстве. Хотя, это было бы немного грустно.

[Olweg]

Планетные системы и тесные пары, раз уж образовавшись, вряд ли будут распадаться. Это может произойти только за счет взаимодействий внутри системы, сразу после ее образования, либо из-за близкого прохождения звезды (планетара), что очень маловероятно после рассеяния кластера.

И если рядом и есть коричневые карлики или планетары, то только "пролётные" по случайности оказавшиеся вблизи при движениях по траекториям со скоростями убегания.

Как может осуществляться в таком случае захват? Тут либо торможение в газовом диске, либо какое-то взаимодействие с планетной системой, передача импульса. Но для широких пар это нереально. То есть они должны были изначально образоваться на орбитах вокруг друг друга.

[Olweg]

Распределение звездных компаньонов по массам и эксцентриситетам можно объяснить разным генезисом. Двойные звезды образуются еще в процессе фрагментации облака. Тут, видимо, существует ограничение на массу снизу (или ограничение на соотношение масс). Отсюда редкость коричневых карликов. На стадии диска часть планет может формироваться через гравитационную нестабильность - это массивные гиганты с высокими эксцентриситетами. Наконец, большая часть планет образуется путем аккреции на первоначально круговых орбитах. Средние эксцентриситеты у таких газовых гигантов около 0.2-0.3 (у двойных звезд около 0.5).

[bob]

Как может осуществляться в таком случае захват? Тут либо торможение в газовом диске, либо какое-то взаимодействие с планетной системой, передача импульса. Но для широких пар это нереально. То есть они должны были изначально образоваться на орбитах вокруг друг друга.

Честно говоря, я не очень верю в захваты и дрейфы. Всегда предпочитал модели с образованием объектов по месту. Что упало, то пропало. Вероятность захвата около нуля.

[bob]

Распределение звездных компаньонов по массам и эксцентриситетам можно объяснить разным генезисом. Двойные звезды образуются еще в процессе фрагментации облака. Тут, видимо, существует ограничение на массу снизу (или ограничение на соотношение масс). Отсюда редкость коричневых карликов. На стадии диска часть планет может формироваться через гравитационную нестабильность - это массивные гиганты с высокими эксцентриситетами. Наконец, большая часть планет образуется путем аккреции на первоначально круговых орбитах. Средние эксцентриситеты у таких газовых гигантов около 0.2-0.3 (у двойных звезд около 0.5).

Весьма вероятно.

[Борислав]

Решил провести небольшое статистическое исследование ближайших звезд класса G-карлик.
В радиусе 40 св.лет находиться 27 звезд.
11 из них одиночные - (11/27) = 40 процентов, подавляющее их большинство включено в долговременные поиски планет, ни у одной планет не найдено
только у одной системы из всех звезд главный компаньен ярче класса G (4 кратная система Alula Australis состоящая из 2-х пар, А - спектрально-двойная, вокруг B очень близко - 0.06 AU вращается коричневый карлик с мин. массой в 37 юпитеров) - около 3 процентов
2 G-звезды образуют очень широкую пару в 5000 а.е. Zeta Reticuli (1 и 2)
также наблюдается еще одна широкая пара у Альфы и Проксимы Центавры - 17000 а.е.
Альфа Центавра, Эта Кассиопея, Xi Boцtis - компаненты К-звезды в диапозоне 23-71 а.е. и везде е около 0,5
Mu Herculis, 41 Arae, HR 4523, 11 Leonis Minoris - компонеты М-карлики, причем у Mu Herculis сразу пара красных карликов и коричневый карлик на 17 а.е. с е=0.34, типичное расстояние для красных карликов около - 40-200 а.е., эксцентриситет известен только в одном случае около 0,9 - около 9 процентов
4 спектрально двойные со звездным компаньенами(К и М звезды, а возможно и G?), большая полуось гораздо меньше 5 а.е., эксцентриситет около 0,5 (4/27) около 14 процентов.

Итого очень приближенные цифры:
одиночные (без планет-гигантов до 5 а.е., и дозвездных долгопериодических компаньенов ) - 40 процентов
спектарально-двойные (звездные компаньены) - 14 процентов
долгопериодические компаньены классов K и G - 14 процентов, из них 3 процента имеют пару внешних компаньенов
чуть больше долгопериодических красных карликов - около 16 процентов
планет-гигантов меньше 3 процентов
коричнывых карликов около 3 процентов (один случай у четырехкратной системы)

[bob]

Спасибо. Показательный обзор. Правда, неизвестно, есть ли у свободных одиночных астероидные пояса и планеты класса Марса. А это хозяйство может быть весьма распространено, даже там, где сейчас ничего не видно.

[Борислав]

ценость выборки небольшая, так как число звезд минимально, жаль ничего похожего я не нашел, а ведь где-то эта статистика должна быть

Из этих звезд обломчатый диск известен только у Тау Сети. В 2004 году он был открыт в миллиметровом диапозоне. Ширина около 55 а.е. Судя по излучению оцено что астероидов и комет у Тау Сети в 10 раз больше чем у нас, что говорит о значительной опасности для жизни. Тем более что звезда в 2 раза старше чем Солнце.
Подробнее здесь www.solstation.com/stars/tau-ceti.htm

Но Тау Сети ближайшая G-звезда после Альфы Центавры А, т.е. ближайшая одиночная, поэтому чтобы обнаружить у других возможно не хватает чувствительности.

[Борислав]

И еще у двух звезд из этих 27 наблюдалось крайне редкое явление - Супер Вспышки.
http://www.solstation.com/stars/kap-ceti.htm
http://www.solstation.com/stars/groo1830.htm
Всего таких звезд известно лишь с десяток.
Объяснить их трудно, тем более что эти 2 звезды не являются сильно молодыми или имеют близкие крупные компаньены. Кстате нет и далеких компаньенов. Мощность этих вспышек произойди они на Солнце достаточна чтобы уничтожить озоновый слой на Земле и растопить лед на спутниках планет-гигантов.

[Olweg]

Составлял табличку - звезды ближе 50 с.г. Все звезды с визуальной светимостью больше 0.1 солнечной с компаньонами. Вот что из нее получается:

Всего - 305 компонентов в 178 системах.

20 планет в 10 системах - 5.5%, но понятно, что это только верхушка айсберга. 5 планетных систем (50%) у двойных звезд.
Двойных и кратных звезд так много, что легче посчитать одиночные. Таковых 96 (в том числе 5 с планетами) - 54%, чуть больше половины. И эта цифра, очевидно, не окончательная, и будет уменьшаться.

5 бурых карликов в четырех системах (Эпсилон Индейца, Gliese 570, Кси Большой Медведицы - Alula Australis и Gliese 483) - 2.2%, но в реальности стоит считать только последние две, в первых двух системах очень широкие пары. Итого 1.1%. Вот такая бурокарликовая пустынь. Короткопериодичные БК легко обнаружить методом Доплера, так что редкость их реальна. А вот удаленных БК должно быть много, поскольку обнаружены они пока только у ближайших звезд (<20 с.л.).

Теперь распределение по орбитам. Считаю только компоненты центральных звезд, процент от общего числа звезд:

- период меньше 5 лет (или a<3ае): 10 звезд, включая 2 бурых карлика и две сомнительных - Gliese 105 и Мю Кассиопеи (с периодами что-то не стыкуется) - 3.6%.
- от 3 ае до 100 ае (тут уже без периодов, естественно): 37, в том числе 2 у одной звезды (Hussey 1399, очень необычная система, есть еще и четвертый компонент) - 21%.
- от 100 ае до 1000 ае: 16 звезд - 9%.
- больше 1000 ае: 12 звезд, в том числе 2 бурых карлика и Дзета Сетки - 6.7%.

По многим системам данных нет. Если брать двойные и кратные системы с указанными расстояниями, а таких 66, то доля среди них будет следующей:
- меньше 3 ае: 15%
- от 3 ае до 100 ае: 56%
- от 100 ае до 1000 ае: 24%
- больше 1000 ае: 18%

Суммарный процент превышает 100%, поскольку некоторые системы учитываются дважды или даже трижды.

[Olweg]

Спасибо. Показательный обзор. Правда, неизвестно, есть ли у свободных одиночных астероидные пояса и планеты класса Марса. А это хозяйство может быть весьма распространено, даже там, где сейчас ничего не видно.

Конечно, планеты класса Марса - это пока утопия Максимум, на что можно рассчитывать - несколько земных масс в непосредственной близости от звезды. У красных карликов - до 1-2 масс Земли. Нептунообразный HD 69830 d близок к теоретическому пределу.

[Борислав]

Olweg потрясающий обзор! А каким источником пользовались? Процент одиночных звезд сильно удивляет, в редком мы месте живем!

[Борислав]

- период меньше 5 лет (или a<3ае): 10 звезд, включая 2 бурых карлика и две сомнительных - Gliese 105 и Мю Кассиопеи (с периодами что-то не стыкуется) - 3.6%.

Что-то не состыкуется с итогом гораздо большей выборки - 11 процентов, для многих SB как я понимаю двойственость определена лишь по спектру, никаких долговременных изучений лучевой скорости или собственой скорости не делалось.

[Olweg]

Olweg потрясающий обзор! А каким источником пользовались? Процент одиночных звезд сильно удивляет, в редком мы месте живем!

Источники разнообразны В основном solstation и http://www.stellar-database.com/

[Борислав]

М-да с коричневыми долгопериодическими карлика большой вопрос. Начинаю понимать что даже у ближних звезд они открыты либо у тусклых звезд M-класса, или у сравнительно молодых К-звезд (Епсилон Индейца), есть ли там пустыня Коричневых карликов или нет?