宇宙中的异类：三体系统中的畸形原行星盘 | 科学GIF
该图表示了猎户GW三合星系统原行星盘的结构和恒星的轨道，由英国埃克塞特大学的团队观测得出。（图片来源：Kraus et al., 2020; NRAO/AUI/NSF）
翻译 | 樊亦非
茫茫宇宙之中，栖息着一颗颗年轻的恒星。围绕着它们的，是由气体和尘埃组成的星周盘（circumstellar disk）。这里是行星的诞生之地，因此又被称为原行星盘（protoplanetary disk）。
在太阳系内，行星几乎在同一个平面上围绕太阳运行。不过，大多数类太阳恒星的情况却不太一样，它们在形成之初并非“孤身一人”，而是多颗恒星彼此作伴。对于这种多恒星系统，行星的轨道平面常常不与恒星的轨道平面重合。这种歪斜错位的轨道还需追溯到行星的诞生，而原行星盘便是其中的关键。因此，通过研究多恒星系统畸形的星周盘，我们能更好地理解这些行星是如何形成的。
近期，两个独立的天文学家团队将阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵阵（ALMA）对准了猎户GW（GW Orionis）。这是一个年轻的等级三星系统（hierarchical triple system），或称三合星（triple star，由三颗恒星组成）。内层恒星猎户GW型A星和B星相距1个日地距离彼此绕行，第三颗恒星猎户GW型C星则绕着它的两个同伴，在大约8倍日地距离外运行。
该图显示了三合星猎户GW在猎户座中的位置。（图片来源：NRAO/AUI/NSF, IAU, Sky & Telescope）
观测畸形原行星盘
第一支团队由加拿大维多利亚大学开展，其研究结果发表于今年5月的《天体物理学杂志快报》。
2017年，研究团队通过ALMA首次观察到猎户GW尘环的错位现象。他们最初对此也很是惊讶，但是ALMA在星周盘气体中同样观测到了扭曲图案，证实尘环奇特的变形确实存在。
研究团队首次在猎户GW的原行星盘中发现了三个尘环，它们分别距中心约46 、188 和338 倍日地距离。据估计，其中尘埃的质量分别相当于74个、168个和245个地球的质量。其中，最外层环是目前在所有原行星盘中观测到的最大的尘环。
开展另一项研究的是英国埃克塞特大学的团队，他们将ALMA和欧洲南方天文台的甚大望远镜（VLT）同时指向了猎户GW，其研究结果发表在近期的《科学》杂志上。
研究团队在不重合环的内边缘检测到了温热气体，以及从盘扭曲表面散射出的光。此外，他们还观测到了内环在原行星盘外围投下的阴影。有了ALMA的帮助，天文学家便能够测量出这一阴影的精确形状，进而重建错位环和扭曲盘表面的3维定向。
一颗等待发现的行星
为了探究导致内环错位的可能因素，两个团队都进行了计算机模拟，但提出了两种不同的解释。
英国团队将这种观测到的错位与“盘撕裂效应”（disk-tearing effect）联系起来。理论模型预测，如果原行星盘与恒星的轨道平面不重合，那么盘就会在恒星引力的作用下扭曲变形，破裂成进动环（precessing rings），这种现象就是盘撕裂。他们的模拟表明，三颗恒星不重合的轨道可能导致其星周盘破裂成不同的环。
加拿大团队则认为，仅来自三颗恒星的引力不足以解释所观察到的错位现象。而如果尘环之间存在一颗行星，就可以解释为何原行星盘会被撕裂——这颗行星可能在内环和外环当前的位置形成了一个尘埃环缝，从而使盘破裂。
英国团队也推测猎户GW中至少存在着一颗行星。毕竟，内环含有的大量尘埃足以形成30个地球，形成一颗行星绰绰有余。如果未来的研究发现了这颗奇异的行星，无论它是已经存在，还是仍在形成之中，它都会是观测记录中第一颗围绕三星系统运转的行星，而且还拥有一个非同寻常的轨道。它注定不凡。
来源：
https://public.nrao.edu/news/alma-discovers-misaligned-rings-in-planet-forming-disk-around-triple-stars/