北航新闻网12月2日电（通讯员 张笛）近日，国际权威期刊《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters，ApJL）报道了宇航学院王悦副教授在系外行星轨道演化研究取得的最新进展。研究小组发现了一种新的动力学演化机制，解释了系外行星系统HD 3167“怪异”轨道构型的动力学起源，该机制被证明在行星系统早期演化中发挥着重要作用。该研究成果以“Sculpting of Exoplanetary Systems Driven by a Misaligned Disk and Stellar Oblateness: Origin of Perpendicular Orbits in HD 3167”为题发表于《天体物理学杂志快报》，宇航学院博士研究生伏韬为第一作者，王悦副教授为通讯作者，北航为唯一完成单位。
太阳系外行星科学是当前国际天文学和空间科学领域的前沿研究热点之一。自1995年Michel Mayor和Didier Queloz发现第一颗绕类太阳恒星运转的系外行星“飞马座51 b”（该发现获2019年诺贝尔物理学奖）以来，大量的系外行星被发现和确认，促进了该领域的飞速发展。人们发现，与太阳系行星相比，系外行星常呈现出异乎寻常的轨道结构和形态，极大地挑战了基于太阳系的传统行星形成与演化理论。近年来，随着新一代大型望远镜的投入使用，大量系外行星的性质和结构得以清晰地展现，为回答系外行星系统的起源问题，窥视行星形成和演化的物理机制和环境提供了前所未有的机遇。
在已有观测中，HD 3167行星系统因其内部超短周期行星与外部三颗行星轨道的垂直和逆行特性而备受关注（如图1所示）。现有理论难以对其形成过程给出解释。王悦研究小组提出，这种独特的轨道结构源于行星系统早期行星盘和恒星扁率联合主导的动力学演化过程（如图2）。研究发现，随着光致蒸发引发的原行星盘耗散，在行星盘引力势与中心恒星扁率的共同作用下，系统在某一临界条件下将发生鞍点-中心的动力学分岔，该分岔将引起行星轨道平面经历急剧、非绝热的动力学状态转换，从而导致内外轨道产生大角度倾斜。随后，恒星的扁率衰减将导致行星轨道被拉普拉斯正交平衡点捕获，为逆行轨道的产生创造了条件。在整个过程中，广义相对论效应引起的近拱点进动是避免行星轨道混沌激发、保持偏心率稳定的关键因素。
图1. HD 3167行星系统轨道结构示意图
图2. HD 3167行星系统轨道动力学演化历史
这项研究不仅为HD 3167行星系统“怪异”轨道构型的形成给出了合理解释，而且所发现的动力学演化机制在其他行星系统的早期演化中也发挥关键作用，从而塑造了目前观测到的系外行星系统的独特轨道构型。这一发现进一步推动了对行星系统轨道演化过程的认识。
《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）致力于天文学与天体物理学领域重要研究成果的快速发表，是“自然指数”期刊。此项研究获得了北京航空航天大学科研敢为行动计划的支持。
论文链接：Tao Fu and Yue Wang 2024 ApJL 973 L43，https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad77d6
（审核：徐亚军）
编辑：贾爱平
