Odkrycie najbardziej zwartego układu poczwórnego typu 3+1 TIC 120362137

Układ słoneczny z czterema słońcami

Wyobraź sobie zastąpienie naszego jednego Słońca czterema gwiazdami, wszystkimi upakowanymi w przestrzeni mniejszej niż orbita Jowisza. Dokładnie to odkryli astronomowie w odległym zakątku gwiazdozbioru Łabędzia: najbardziej zwarty znany układ czterech grawitacyjnie związanych gwiazd w szczególnym układzie „3+1”. Badanie tego ciasno zsynchronizowanego tanecznego układu gwiazdowego pomaga naukowcom zrozumieć, jak powstają, oddziałują ze sobą i ostatecznie umierają układy wielokrotne, a także może rozjaśnić powstawanie niektórych egzotycznych obiektów, takich jak pary martwych jąder gwiazd.

Cztery gwiazdy w niewielkim sąsiedztwie

Układ oznaczony TIC 120362137 to to, co astronomowie nazywają hierarchicznym poczwórnym układem. Dwie gwiazdy tworzą ciasną parę zaćmieniową, krążącą wokół siebie co 3,28 dnia. Trzecia gwiazda okrąża tę wewnętrzną parę co 51,3 dnia, a razem te trzy gwiazdy zmieszczone są w obszarze porównywalnym z orbitą Merkurego wokół Słońca. Czwarta, podobna do Słońca gwiazda okrąża tę zwartą trójkę w około 2,9 roku, na orbicie leżącej znacznie bliżej niż odległość odpowiadająca orbicie Jowisza w naszym Układzie Słonecznym. Pomimo czterech odrębnych orbit, cały układ jest niezwykle płaski i uporządkowany: wszystkie płaszczyzny orbitalne są wyrównane do zaledwie kilku stopni, co sugeruje, że wszystkie cztery gwiazdy urodziły się z tej samej cienkiej, wirującej dysku gazu i pyłu.

Jak astronomowie wykryli ukrytych partnerów

Historia zaczęła się od satelity NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), który obserwuje duże fragmenty nieba w poszukiwaniu niewielkich spadków blasku gwiazd. TESS zarejestrował regularne, ostre zaćmienia co 3,28 dnia, ujawniając zwartą parę, w której jedna gwiazda przechodzi przed drugą. Jednak krzywa blasku pokazała też rzadsze, dłuższe przyciemnienia trwające od jednego do dwóch dni: dodatkowe zaćmienia, gdy wewnętrzna para i trzecia gwiazda na przemian przechodzą przed sobą. Poprzez staranne mierzenie tych zdarzeń i śledzenie subtelnych przesunięć w dokładnych momentach zaćmień, astronomowie wywnioskowali obecność trzeciej gwiazdy na orbicie 51,3-dniowej. Jeszcze bardziej intrygujące były powolne zmiany w czasach zaćmień, sugerujące, że grawitacja niewidocznej czwartej gwiazdy wpływa na wewnętrzną trójkę.

Ważenie i mierzenie wszystkich czterech gwiazd

Aby potwierdzić prawdziwą naturę układu, zespół zorganizował ogólnoświatową kampanię obserwacji z teleskopami naziemnymi. Zarejestrowali kolejne zaćmienia w różnych filtrach kolorystycznych i wykonali spektra o wysokiej rozdzielczości, rozkładając światło gwiazd na składowe długości fal. Korzystając z zaawansowanych technik komputerowych potrafiących rozplątać nakładające się linie widmowe, wykryli sygnatury wszystkich czterech gwiazd oddzielnie i zmierzyli, jak szybko każda z nich porusza się w kierunku lub od Ziemi. Połączenie krzywych prędkości radialnych z krzywymi blasku z TESS i obserwacji naziemnych w jednym „spektro‑fotodynamicznym” modelu pozwoliło im rozwiązać masy, rozmiary, temperatury i orbity gwiazd z imponującą precyzją — często lepszą niż jeden procent.

Układ przesunięty na granicę stabilności

Trzy wewnętrzne gwiazdy są wszystkie gorętsze i bardziej masywne od Słońca: gwiazda główna ma masę około 1,75 masy Słońca i już zaczęła ewoluować poza ciąg główny, podczas gdy jej towarzysz i trzecia gwiazda mają masy rzędu 1,36 i 1,48 masy słonecznej. Czwarta, zewnętrzna gwiazda jest bardzo podobna do Słońca, z masą bliską jednej masy słonecznej i podobną temperaturą powierzchniową. Pomimo ciasnego układu, system przechodzi powszechnie stosowane testy długoterminowej stabilności grawitacyjnej, a jego obecna konfiguracja wydaje się przetrwać od ponad miliarda lat. Ciasne orbity sprawiają, że wzajemne grawitacyjne popychy między gwiazdami są na tyle silne, że ich trajektorie powoli precesują i chwiejnie się poruszają w mierzalny sposób, oferując naturalne laboratorium do testowania teorii dynamiki układów wielokrotnych.

Z czterech jasnych słońc do dwóch słabych żarzących się węgli

Wykorzystując współczesne obliczenia ewolucji gwiazd, autorzy przeanalizowali także odległą przyszłość TIC 120362137. W miarę jak najbardziej masywne gwiazdy puchną do rozmiarów gigantów i zaczynają przekazywać materię swoim towarzyszom, orbity prawdopodobnie się skurczą i przearanżują. Z czasem wymiana masy i wiatry gwiazdowe powinny pozbawić gwiazdy zewnętrznych warstw. Symulacje sugerują, że po złożonej serii interakcji i prawdopodobnych fuzji, pierwotne cztery gwiazdy zakończą jako zaledwie dwa zwarte białe karły krążące wokół siebie. Innymi słowy, ten niezwykle zwartymi układ czterech gwiazd prawdopodobnie zakończy swoje życie jako bliska para szczątków gwiazdowych — wynik, który pomaga wyjaśnić, jak niektóre z ciasnych par martwych gwiazd obserwowanych w innych rejonach galaktyki mogły powstać.

Cytowanie: Borkovits, T., Rappaport, S.A., Chen, HL. et al. Discovery of the most compact 3+1-type quadruple star system TIC 120362137. Nat Commun 17, 1859 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69223-4

Słowa kluczowe: układ poczwórny, zaćmieniowa para podwójna, dynamika układów wielokrotnych, obserwacje TESS, ewolucja białych karłów