“塔图因”行星盘的奇怪轨道-围绕双星撞击轨道几何

艺术家印象中，“塔图因”系外行星形成的双落日形成于与它的双星轨道不重合的外圆盘中。

使用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列（ALMA）的天文学家在双星周围的原行星盘中发现了惊人的轨道几何形状。绕着最紧凑的双星系统运行的磁盘几乎共享同一平面，而环绕宽双星的磁盘具有严重倾斜的轨道平面。这些系统可以教会我们有关复杂环境中行星形成的知识。

在过去的二十年中，除了我们的太阳外，还发现了成千上万的行星围绕恒星运行。其中一些行星围绕两颗恒星运行，就像卢克·天行者（Luke Skywalker）的故乡塔图因（Tatooine）一样。行星诞生于原行星盘中-感谢ALMA，我们现在对它们有了奇妙的观察-但是到目前为止，大多数研究过的盘都围绕单颗恒星运行。“塔图因”系外行星形成在双星周围的圆盘中，即所谓的外圆盘。

研究“塔图因”行星的发源地为了解行星在不同环境中如何形成提供了独特的机会。天文学家已经知道，双星恒星的轨道会扭曲并倾斜它们周围的盘，从而导致外盘相对于其主恒星的轨道平面未对准。例如，在英国沃里克大学的格兰特·肯尼迪（Grant Kennedy）领导的2019年研究中，ALMA发现了一个极地配置的引人注目的外接圆盘。

加州大学伯克利分校的天文学家Ian Czekala说：“通过我们的研究，我们想了解更多关于外接圆盘的典型几何形状的信息。”Czekala和他的团队使用ALMA数据确定了围绕双星的19个原行星盘的对准程度。Czekala说：“高分辨率的ALMA数据对于研究某些最小，最微弱的外圆盘至关重要。”

用ALMA观测到的围绕双星的对准和未对准的原行星盘的两个例子（周向盘）。为了清楚起见，添加了双星轨道。左图：在星系系统HD 98800 B中，磁盘未与内部双星对齐。恒星在315天内彼此绕行（在这种情况下，朝向和远离我们）。右图：在AK Sco恒星系统中，该圆盘与其双星的轨道一致。恒星在13.6天内互相绕行。

天文学家将周向盘的ALMA数据与开普勒太空望远镜发现的十几个“塔图因”行星进行了比较。令他们惊讶的是，研究小组发现，双星及其周围圆盘未对准的程度在很大程度上取决于宿主恒星的轨道周期。双星恒星的轨道周期越短，就越有可能将磁盘托管在与其轨道一致的位置。但是，周期超过一个月的二进制文件通常托管未对齐的磁盘。

Czekala说：“我们看到小盘，绕行的紧凑型二进制文件和开普勒任务发现的环绕行星之间有明显的重叠，”由于开普勒的初次飞行任务持续了4年，因此天文学家只能在不到40天的时间内就发现绕双星飞行的行星。所有这些行星都与它们的宿主恒星轨道对齐。一个悬而未决的谜团是开普勒是否会发现很难找到许多未对准的行星。Czekala补充说：“通过我们的研究，我们现在知道开普勒会错过的错位行星数量不大，因为紧紧的双星周围的外圆盘也通常与其恒星主体对准。”

尽管如此，基于这一发现，天文学家得出的结论是，应该存在宽双星周围未对准的行星，并且使用其他系外行星发现方法（例如直接成像和微透镜）进行搜索将是一个令人兴奋的人群。（美国国家航空航天局（NASA）的开普勒（Kepler）任务使用的是运输方法，这是找到行星的方法之一。

塞卡拉现在想找出为什么磁盘（错位）对准与双星轨道周期之间有如此强的相关性。他说：“我们想利用ALMA和下一代超大型阵列等现有和即将出现的设施，以极高的精度研究磁盘结构，并试图了解扭曲或倾斜的磁盘如何影响行星形成环境，以及这将如何影响行星形成环境。可能会影响在这些盘中形成的行星的数量。”

NRAO和ALMA国家科学基金会计划官员Joe Pesce说：“这项研究是新发现如何基于先前观察结果的一个很好的例子。”“只有在ALMA社区在先前的周期中开展的档案观测计划的基础上，才有可能发现外圆盘种群的趋势。”

国家射电天文台是美国国家自然科学基金会的机构，由美国联合大学（Associated University，Inc.）共同合作经营。