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天文学家首次测量到一颗遥远“超级木星”系外行星的自旋-轨道排列，同时也展示这种技术的前景，该技术可以在探索理解系外行星系统如何形成和演化方面取得突破。由埃克塞特大学斯特凡·克劳斯教授领导的一个国际科学家小组，对距离地球63光年的系外行星Beta Pictoris b进行了测量。这颗行星是在绘架座发现的，质量大约是木星的11倍（比木星还重11倍）。
这颗行星围绕着一颗年轻的恒星运行，其轨道与我们太阳系中的土星类似。其研究发现发表在《天体物理学》期刊上，标志着科学家首次测量直接成像行星系统的自旋-轨道排列。重要的是，这些结果给我们提供了一个新视角，以增强我们对行星系统形成历史和演化的理解。恒星和行星轨道的对准程度，可以告诉我们很多关于行星是如何形成的信息，以及系统中多个行星在形成后是否会动态地相互作用。
关于行星形成过程一些最早的理论是由18世纪著名天文学家康德和拉普拉斯提出，他们注意到太阳系行星的轨道彼此对齐，并与太阳的自转轴对齐，并得出结论，太阳系是由旋转和扁平的原行星盘形成。当发现超过三分之一的近距离系外行星，围绕其主星运行的轨道与恒星赤道未对齐时，真令人大吃一惊。甚至发现一些系外行星的轨道方向与恒星旋转方向相反。
这些观测结果挑战了行星形成是在几何共面圆盘上发生整齐有序过程的看法。在这项研究中，研究人员设计了一种创新的方法，测量由Beta Pictoris旋转引起不到十亿分之一度的微小空间位移。研究小组在VLTI使用重力仪器进行测量，该仪器结合了相距140米望远镜发出的光。研究发现，恒星旋转轴与Beta Pictoris b行星及其延伸的碎片盘的轨道轴对齐。该团队成员、法国格勒诺布尔大学天文学家Jean-Baptiste LeBouquin博士说：
恒星大气中的气体吸收会在光谱线上造成微小空间位移，可以用来确定恒星旋转轴的方向。挑战在于，这种空间位移极小：大约是恒星表观直径的百分之一，或者相当于从地球上看到人类在月球上的脚步大小。结果表明，Beta Pictoris系统和我太阳系一样排列整齐。这一发现有利于行星间的散射，因为这是在更奇异热木星系统中观察到轨道倾斜度的原因。
然而，需要对大样本的行星系统进行观察才能最终回答这个问题。该研究小组提出了一种新的干涉仪器，能够在更多即将被发现的行星系统上获得这些测量结果。VLTI一台专用高光谱分辨率仪器可以测量数百颗行星的自旋-轨道排列，包括那些长周期轨道上的行星，这将帮助我们回答是什么动力过程塑造了行星系统的结构。
博科园｜研究/来自：埃克塞特大学
参考期刊《天体物理学》
DOI: 10.3847/2041-8213/ab9d27
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