在最初的《星球大戰》電影中有這樣一個標誌性的場景,盧克·天行者在塔圖因的沙漠中眺望雙日落的壯觀景象。現在,美國國家射電天文臺(NRAO)的一項新研究表明,這種圍繞多顆恆星運行的奇異系外行星世界可能存在於遠離主軌道平面的偏離軌道上。

這一發現對複雜的多恆星系統中行星的形成具有指導意義。使用智利的ALMA(阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列),研究人員觀察了具有較長週期軌道的雙星周圍的19個原行星盤,而開普勒太空望遠鏡中發現的十幾個已知存在系外行星的雙星,其週期都小於40天。

行星形成於圍繞年輕恆星的原行星盤中,碎片慢慢地合併成新的行星。在雙星的情況下,這些環被稱爲外圓盤。加州大學伯克利分校的天文學家伊恩·澤卡拉說:“這項研究爲解釋開普勒任務發現的環繞雙星提供了必要的背景。通過使用來自環繞雙星原行星盤的無線電觀測的獨立數據,我們現在可以具體地說明有多少環繞雙星的行星相對於它們的雙星平面形成了偏離。”

開普勒-16b的發現是2011年宣佈的,是第一顆圍繞多恆星系統運行的系外行星。隨着太陽系外行星發現的數量每天都在增加,我們開始意識到,圍繞雙星和多星運行的複雜系統都有有關自己的奇特故事。

那麼有兩顆以上恆星的系統會發生什麼?澤卡拉說:“我們只有幾個三顆或四顆恆星周圍的原行星盤樣本,比如GW-Orionis和GG-Tauri。所以沒有足夠的數據可以確定,三重系統的動力學環境比二元系統更復雜,所以我的期望是你會看到更普遍的奇怪軌道。”

雙恆星系統的奇異行星軌道

研究發現,雙恆星系統的軌道週期越長,其周圍的雙恆星碎片盤越有可能偏離雙恆星的軌道平面。對準與失準的界限似乎正好處於40天的軌道週期內。如果雙恆星系統在一個快速軌道上,則外圓盤趨向於保持對準,相反,環繞一對軌道較慢的外圓盤則趨向於隨着時間的推移而變得偏離。

兩個Atacama大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)12米天線

開普勒數據的侷限性在於,它只能在非常短的軌道上觀察正在運行的系外行星。更有可能的是,圍繞雙星運行的更長的行星週期,只是還沒有被發現,但很可能在未來的微透鏡或直接成像測量中出現。

雙星系統的故事:失準的HD 98800 b(左)軌道週期爲315天,而AK Scorpii(右)軌道週期僅爲13.6天

這一發現顯示了其他行星系統的不同之處。在我們的太陽系中,所有的主要行星都停留在黃道平面上。但是,雙星的軌道跋涉會使外圓盤扭曲成研究中看到的那種未對準的軌道。一個引人注目的例子就是HD 98800 b,位於150光年遠的地方,這是沃裏克大學研究人員在2019年宣佈的極地軌道上一個繞雙星圓盤的獨特例子。

系外行星天空

在偏離軌道的系外行星上觀察到的景象和季節也同樣古怪。例如,在一年中的某些時候,在這個外星世界的表面上,觀察者會將宿主恆星視爲一對寬而不同的恆星,而這兩顆恆星合併發生日食,這也會改變在這個時候接收到的表面日曬量。

在偏離軌道的行星表面形成的外星天空

目前,已知的系外行星數量爲4245顆。在20世紀最後十年之前的一段時間,那時太陽系以外沒有已知的系外行星。許多著名的天文學家認爲事情會一直這樣下去。現在,2020年,我們知道了足夠多的系外行星,可以按照真正的科學和天文學精神,開始對其他太陽系進行分類和描述。

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