图片来源：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲空间局（ESA）、Joseph Olmsted（空间望远镜科学研究所，STScI）
在一项由清华大学天文系主导的最新研究中，天文学家利用麦哲伦望远镜高精度光谱仪PFS，并结合CHEOPS空间望远镜和LCOGT地面望远镜网络的同步观测，测量了年轻行星系统AU Mic中两颗行星的自旋—轨道结构。
行星的轨道是否与恒星自转方向对齐，是理解行星系统形成和演化历史的重要线索。在太阳系中，行星轨道大体与太阳赤道面一致；然而在系外行星系统中，天文学家发现了大量轨道倾斜甚至反向运行的行星。这些倾斜究竟来自行星形成初期的原行星盘，还是由后期的行星相互作用等动力学过程造成，仍是系外行星研究中的关键问题。
年轻行星系统为回答这一问题提供了独特窗口。由于它们形成时间不久，尚未经历漫长的动力学演化，因此其轨道结构更可能保留行星形成早期的信息。AU Mic正是这样一个珍贵目标：它距离地球仅约9.8秒差距（约32光年），年龄约2000万年，包含一颗年轻的M型恒星、两颗海王星大小的凌星行星AU Mic b和c，以及一个碎片盘，是研究行星系统早期结构的基准样本。
在这项研究中，团队抓住了2024年8月24日至25日AU Mic b和c连续两晚发生凌星的罕见机会。通过观测凌星期间的Rossiter–McLaughlin效应，即行星遮挡旋转恒星表面不同区域时引起的视向速度异常，研究团队测量了两颗行星轨道与恒星自转轴之间的投影夹角。这一“背靠背”的观测窗口使团队能够在相近的恒星活动状态下，用同一台高精度仪器直接比较两颗行星的轨道结构。
Rossiter–McLaughlin效应示意图。
当行星凌星时，它将遮蔽主星光球的部分区域，使得观测者观测到的主星平均红移值（视向速度）较之没有凌星时发生变化。
研究结果确认了AU Mic b 的轨道与恒星自转方向一致，其投影自转—轨道夹角为约 1 度，误差约 12 度，与此前独立观测结果一致。对于 AU Mic c，团队发现其轨道解存在两种可能：一种是与恒星自转方向基本对齐的解，投影夹角约为 -10 度，误差约 16 度；另一种则是接近极轨道的解（行星在每次环绕恒星都从恒星的两极上空经过），投影夹角约为 87 度。结合动力学稳定性和凌星可能性等因素，整体结果更支持AU Mic b和c彼此对齐、并与恒星和碎片盘共同构成较为有序的系统结构，呈现出一种类似太阳系的有序构型。
该工作得到的AU Mic行星系统轨道架构：棕色线展示了AU Mic b 的轨道角动量与恒星自转方向一致，紫色线则展示了AU Mic c的两种可能的轨道解。颜色较淡的直线簇展示了各个解的误差范围。
与此同时，AU Mic强烈而复杂的恒星活动也给测量带来了挑战。研究中发现，短时标恒星活动信号会显著影响光变曲线和视向速度数据，甚至可能模仿或干扰行星凌星期间的Rossiter–McLaughlin效应信号。这一结果表明，在研究年轻活跃恒星周围的行星时，理解恒星活动本身同样至关重要。未来，如果能在恒星更加平静的观测窗口中获得新的多波段同步数据，或发展出更有效的恒星活动建模方法，将有望最终厘清AU Mic系统的真实三维结构。
这项研究已发表于《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters），由清华大学天文系博士生林子滔主导，智利瓦尔帕莱索大学助理教授郭震和清华大学天文系副教授王雪凇为共同通讯作者。研究团队包括清华大学天文系的博士生李佳音和胡哲程，以及来自中国科学院南美天文研究中心、匈牙利ELTE Gothard天文台、智利瓦尔帕莱索大学，美国卡内基科学研究所等多家国内外机构的天文学家。本研究得到了中智联合研究基金、中国科学院南美天文中心重点研究项目、智利国家研究与发展署和国家自然科学基金等项目和机构的资助。
论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae7725
