在最初的《星球大战》电影中有这样一个标志性的场景,卢克·天行者在塔图因的沙漠中眺望双日落的壮观景象。现在,美国国家射电天文台(NRAO)的一项新研究表明,这种围绕多颗恒星运行的奇异系外行星世界可能存在于远离主轨道平面的偏离轨道上。

这一发现对复杂的多恒星系统中行星的形成具有指导意义。使用智利的ALMA(阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列),研究人员观察了具有较长周期轨道的双星周围的19个原行星盘,而开普勒太空望远镜中发现的十几个已知存在系外行星的双星,其周期都小于40天。

行星形成于围绕年轻恒星的原行星盘中,碎片慢慢地合并成新的行星。在双星的情况下,这些环被称为外圆盘。加州大学伯克利分校的天文学家伊恩·泽卡拉说:“这项研究为解释开普勒任务发现的环绕双星提供了必要的背景。通过使用来自环绕双星原行星盘的无线电观测的独立数据,我们现在可以具体地说明有多少环绕双星的行星相对于它们的双星平面形成了偏离。”

开普勒-16b的发现是2011年宣布的,是第一颗围绕多恒星系统运行的系外行星。随着太阳系外行星发现的数量每天都在增加,我们开始意识到,围绕双星和多星运行的复杂系统都有有关自己的奇特故事。

那么有两颗以上恒星的系统会发生什么?泽卡拉说:“我们只有几个三颗或四颗恒星周围的原行星盘样本,比如GW-Orionis和GG-Tauri。所以没有足够的数据可以确定,三重系统的动力学环境比二元系统更复杂,所以我的期望是你会看到更普遍的奇怪轨道。”

双恒星系统的奇异行星轨道

研究发现,双恒星系统的轨道周期越长,其周围的双恒星碎片盘越有可能偏离双恒星的轨道平面。对准与失准的界限似乎正好处于40天的轨道周期内。如果双恒星系统在一个快速轨道上,则外圆盘趋向于保持对准,相反,环绕一对轨道较慢的外圆盘则趋向于随着时间的推移而变得偏离。

两个Atacama大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)12米天线

开普勒数据的局限性在于,它只能在非常短的轨道上观察正在运行的系外行星。更有可能的是,围绕双星运行的更长的行星周期,只是还没有被发现,但很可能在未来的微透镜或直接成像测量中出现。

双星系统的故事:失准的HD 98800 b(左)轨道周期为315天,而AK Scorpii(右)轨道周期仅为13.6天

这一发现显示了其他行星系统的不同之处。在我们的太阳系中,所有的主要行星都停留在黄道平面上。但是,双星的轨道跋涉会使外圆盘扭曲成研究中看到的那种未对准的轨道。一个引人注目的例子就是HD 98800 b,位于150光年远的地方,这是沃里克大学研究人员在2019年宣布的极地轨道上一个绕双星圆盘的独特例子。

系外行星天空

在偏离轨道的系外行星上观察到的景象和季节也同样古怪。例如,在一年中的某些时候,在这个外星世界的表面上,观察者会将宿主恒星视为一对宽而不同的恒星,而这两颗恒星合并发生日食,这也会改变在这个时候接收到的表面日晒量。

在偏离轨道的行星表面形成的外星天空

目前,已知的系外行星数量为4245颗。在20世纪最后十年之前的一段时间,那时太阳系以外没有已知的系外行星。许多著名的天文学家认为事情会一直这样下去。现在,2020年,我们知道了足够多的系外行星,可以按照真正的科学和天文学精神,开始对其他太阳系进行分类和描述。

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