Cztery słońca w przestrzeni wielkości orbity Jowisza

Co właściwie odkryto?

Międzynarodowy zespół astronomów ogłosił odkrycie najciaśniej upakowanego znanego dotąd poczwórnego układu gwiazd, oznaczonego TIC 120362137. W tym systemie aż cztery gwiazdy krążą wokół wspólnego środka masy w tak małej przestrzeni, że wszystkie zmieściłyby się wewnątrz obszaru zamkniętego przez orbitę Jowisza wokół Słońca.

To przykład tzw. układu 3+1: trzy gwiazdy tworzą bardzo ciasny, wewnętrzny układ, a czwarta krąży po dalszej orbicie wokół tego potrójnego jądra. Trzy wewnętrzne gwiazdy są nieco masywniejsze i gorętsze od Słońca (około 1,4–1,7 masy Słońca każda), a czwarta – zewnętrzna – jest wyraźnie lżejsza.

Jak znaleziono ten niezwykły układ?

Pierwszy trop: dane z TESS

Pierwsze ślady niezwykłego układu pojawiły się w danych z teleskopu kosmicznego TESS, który od kilku lat monitoruje jasność milionów gwiazd w poszukiwaniu tranzytów egzoplanet. W krzywej blasku TIC 120362137 zauważono okresowe spadki jasności co 3,28 dnia – sygnał zaćmieniowej pary gwiazd, które wzajemnie przysłaniają się w naszym kierunku.

Dalsza analiza ujawniła jednak dodatkowe ekstra spadki jasności, trwające po 1–2 dni, powtarzające się co około 51 dni. To zdradziło obecność trzeciej gwiazdy, która raz na kilkadziesiąt dni przechodzi przed wewnętrzną parą lub za nią, tworząc dodatkowe zaćmienia.

Potwierdzenie z obserwacji naziemnych

Aby upewnić się, że mamy do czynienia nie tylko z trzema, ale aż z czterema gwiazdami, zespół zebrał precyzyjne pomiary prędkości radialnych – drobnych przesunięć linii widmowych, które mówią, jak szybko gwiazdy zbliżają się do nas i oddalają. Udało się rozdzielić w widmie sygnały wszystkich czterech składników i śledzić ich ruch w czasie, co oznacza, że TIC 120362137 jest pełnoprawnym poczwórnym układem spektroskopowym – z osobnymi liniami widocznymi dla każdej gwiazdy.

Obserwacje fotometryczne z TESS i teleskopów naziemnych połączono następnie z analizą tzw. ETV (zmian czasu zaćmień) – niewielkich przesunięć momentów zaćmień spowodowanych grawitacyjnym szarpaniem układu przez inne składniki. Dopiero wspólne dopasowanie wszystkich tych danych pozwoliło zbudować spójny model całej poczwórnej konfiguracji.

Orbity ściśnięte jak w zegarku

Wewnętrzna para gwiazd obiega się w 3,28 dnia – to mniej niż czas obrotu Księżyca wokół Ziemi, tylko na znacznie mniejszej odległości niż Merkury od Słońca. Trzecia gwiazda krąży wokół tej ciasnej pary z okresem około 51,3 dnia, pozostając wciąż w bardzo małej odległości – cały potrójny układ mieści się w środku futurystycznej orbity Merkurego.

Czwarta gwiazda krąży jeszcze dalej, ale nadal w skali naszego Układu Słonecznego wszystko zamyka się w obszarze nie większym niż orbita Jowisza – to właśnie czyni ten system rekordowo zwarty. Co ważne, płaszczyzny orbit są do siebie niemal równoległe (układ jest prawie płaski), dzięki czemu możemy obserwować liczne zaćmienia i precyzyjnie mierzyć parametry.

Czy taki układ jest w ogóle stabilny?

Na pierwszy rzut oka cztery dość masywne gwiazdy upchnięte tak blisko to przepis na katastrofę grawitacyjną. Jednak szczegółowe obliczenia pokazują, że układ spełnia warunki długoterminowej stabilności. W dużym uproszczeniu: odległości i okresy karuzeli gwiazd są tak dobrane, że grawitacja porządkuje ruch, zamiast go chaotycznie zaburzać.

Autorzy pracy sprawdzili tzw. kryteria stabilności dla układów potrójnych i poczwórnych i wykazali, że zarówno wewnętrzny układ 2+1 (para + trzecia gwiazda), jak i zewnętrzna orbita czwartej gwiazdy mają odpowiednio długie okresy, aby uniknąć bliskich spotkań destabilizujących cały system. Symulacje sugerują, że TIC 120362137 powinien pozostać stabilny co najmniej przez całe życie swoich gwiazd na ciągu głównym, czyli przez setki milionów, a nawet miliardy lat.

Co stanie się z tym układem w przyszłości?

Choć dziś widzimy cztery normalne gwiazdy ciągu głównego, symulacje ewolucji wskazują, że czeka je dramatyczna przyszłość. Najpierw dwie z wewnętrznych gwiazd (najbliższa para) zaczną rosnąć i puchnąć jako czerwone olbrzymy, aż w końcu połączą się w jedną masywną gwiazdę.

Jak przewidują autorzy, około 276 milionów lat od teraz nowo powstała gwiazda połączona w parę z trzecią gwiazdą również wejdzie w fazę olbrzyma i w rezultacie dojdzie do kolejnego połączenia. Ostatecznie w układzie pozostaną dwa białe karły – bardzo gęste, gorące truchła gwiazd – krążące po orbicie o okresie około 44 dni, oraz bardziej odległy towarzysz. Takie bliskie pary białych karłów są istotnymi źródłami fal grawitacyjnych w zakresie, który w przyszłości będzie badać m.in. misja eLISA.

Co nam mówi ten rekord o powstawaniu gwiazd wielokrotnych?

Układy wielokrotne – podwójne, potrójne, poczwórne – są w kosmosie czymś powszechnym, ale tak zwarty system 3+1 to prawdziwy rarytas. Odkrycie TIC 120362137 sugeruje, że dyski gazowo‑pyłowe, z których rodzą się gwiazdy, potrafią fragmentować się i składać w bardzo złożone konfiguracje, które mimo napiętej grawitacji potrafią pozostać stabilne przez długi czas.

Badanie takich układów testuje nasze modele formowania gwiazd, dynamiki wielu ciał i ewolucji gwiazd w środowisku silnych oddziaływań grawitacyjnych. TIC 120362137 nie jest jedynym znanym układem 3+1, ale jest dotąd najciaśniejszym – i stanowi punkt odniesienia, z którym będą porównywane przyszłe odkrycia z TESS oraz nadchodzących teleskopów, takich jak PLATO.

Główne źródła naukowe:

Borkovits T. i in., „Discovery of the most compact 3+1-type quadruple star system TIC 120362137”, Nature Communications (2026),
Nature / Nature Asia: komunikaty prasowe o odkryciu najbardziej zwartego układu 3+1,
Phys.org: omówienie badania z naciskiem na skalę układu („wielkość orbity Jowisza”).,
Space.com: „record-breaking quadruple star system … could fit between Jupiter and our Sun”,
Onet – polskojęzyczne omówienie: „Naukowcy odkryli najbardziej zwarty poczwórny układ gwiazd”,
Swarthmore College / inne prace o zwartych układach poczwórnych jako kontekst wcześniejszych odkryć.

Opracowanie: Agnieszka Nowak