> このTeXの挙動、私は知りませんでした。どこかに書かれているでしょうか？
どこにも書かれていなかったとしたら、まさかの TeX のバグ発見とか？？？
んなわけないか。
> このTeXの挙動、私は知りませんでした。どこかに書かれているでしょうか？
これは、”alignment display”の文法に由来します。TeXbookだと19章で解説されています。
ディスプレイ数式中に\halignを含める場合は、以下の”alignment display”の文法に従っている必要があります。
$$<assignments>\halign{<alignment>}<assignments>$$
ここで、<assignments>は「math listを発生させてはいけない」という制約があります。数式中の（暗黙も含めて）波括弧によるグルーピングはサブ数式を発生させるので、alignment displayの条件を満たさなくなるわけです。