万亿英里长的宇宙气体流，致使猎户座恒星系统内行星轨道发生倾斜
这一发现或许能够解释天文学家为何频频观测到轨道错位的系外行星系统。

图1：艺术想象图，一缕蓝灰色气体丝缕横跨布满繁星的背景，流向一圈明亮橙黄色气体环，环的内部嵌套两个更小的亮环。该示意图展示了气体流向着GW Ori原行星盘输送物质，造就了相互错位的尘埃环。(Image credit: NSF/AUI/NSF NRAO)
图2：GW Orionis（猎户座GW）恒星系统叠加影像：ALMA的射电观测数据以蓝色叠印在欧洲南方天文台甚大望远镜SPHERE仪器的观测图像之上，图像中可以看到系统最内侧尘埃环投下的阴影。(Image credit: ESO/ALMA)
图3：位于智利北部海拔5000米高山的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）

猎户座中一个罕见的年轻三星系统，其周围的行星形成盘被一道长度超过1万亿英里（1.6万亿千米）的气体流掀动倾斜。该成果由位于智利的ALMA通过射电波段观测得到。这一发现可以解释：为什么天文学家经常发现部分系外行星轨道，与宿主恒星自转轴存在严重错位。

猎户座GW是一个三星系统，由三颗主序前星构成——恒星仍处在形成、收缩阶段，核心尚未开启氢核聚变。该系统距离地球约1300光年，坐落于猎户座λ恒星形成分子环内。在一个系统中存在环绕三颗恒星的气体‑尘埃行星形成盘本身就十分罕见；而这个盘还分裂为三个相互错位的环结构，就更加非同寻常。

佛罗里达大学博士生Maria Galloway‑Sprietsma主导本次研究，她在一份声明中表示：“此前针对猎户座GW的研究已经发现，该系统的内环、中环与外环彼此错位，每个环都拥有不同的倾斜角度。”

外环是迄今观测到的围绕年轻恒星的最大尘埃环之一，其错位现象最为显著。此前学界的猜想是：一颗尚未被观测到的气态巨行星在中环与外环之间清理出一道空隙，正是这颗行星在扰动外环。

而现在，Galloway‑Sprietsma及其合作者揭开了背后真正的原因：来自周围分子云的一道巨大气体流伸入系统，对外环施加扰动；二者之间发生角动量（旋转能量）交换，使尘埃环发生扭曲、整体倾斜。

猎户座GW的原行星盘分为三环，距离三星系统致密中心的半径分别为41亿英里、174亿英里、316亿英里（即67亿、280亿、510亿千米；对应44、187、340天文单位）。

正是这道气体流造成了系统外环倾斜，它由ALMA的全新观测所发现。一般认为，这类气体流是恒星获取物质的途径，持续向新生恒星输送质量。气体流主要成分为氢分子，但氢分子在射电波段不可探测，因此ALMA转而探测气体流中的一氧化碳分子。

这道气体流的长度十分惊人，延伸达0.2光年（12600天文单位，约1.9万亿千米，折合1.2万亿英里）。

“我们对这股气体流的物质吸积过程开展模拟，结果显示，气体流撞击原行星盘的入射角度，和外环倾斜角度高度吻合。”Galloway‑Sprietsma说道。

研究认为，这道气体流已经基本完成了对外环的掀动。如今，气体流自身的角动量（旋转量）已经小于原行星盘的角动量。

Bae表示：“过去它拥有更高的角动量，正是这一点让尘埃盘发生了错位。”

这道气体流的发现，解开的或许不只是猎户座GW尘埃盘为何倾斜这一个谜题。

在我们的太阳系中，所有行星都沿着黄道面绕太阳公转，黄道面是和太阳赤道、自转方向对齐的扁平平面。大多数系外行星也遵循类似规律。但天文学家也发现部分行星轨道倾角极大，甚至出现逆行轨道，仿佛有某种强大外力将轨道掰歪。猎户座GW气体流的发现，让科学家找到了造就这类“怪异轨道行星”的一种潜在驱动力。

Bae在另一份声明中指出：“如果这类气体流是普遍现象，我们就可以顺理成章地解释，为什么行星系统未必都拥有规整的轨道，行星轨道方向可以高度随机。”

不过研究团队也承认，仅靠这一例受气体流影响的行星形成盘就推广得到普适结论，属于较大的外推。因此团队计划搜寻更多同类天体。

Galloway‑Sprietsma说：“下一步我们需要对大量年轻恒星开展系统性巡天，统计有多少恒星存在这类气体流，多少没有。这会告诉我们，气体流在塑造行星系统过程中到底有多重要。”
The findings were published on Aug. 6 in The Astronomical Journal.
By Keith Cooper from space.com