Od momentu odkrycia w 2005 r. Egzoplaneta HD 189733b jest jedną z najczęściej obserwowanych dodatkowych planet słonecznych ze względu na swoją wielkość, zwartą orbitę, bliskość Ziemi i kuszącą atmosferę niebieskiego nieba. Ale astronomowie używający Kosmicznego Teleskopu Hubble'a i Szybkiego Teleskopu byli świadkami dramatycznych zmian w górnej atmosferze planety po gwałtownym rozbłysku od jej rodzica, który skąpał planetę intensywnym promieniowaniem rentgenowskim. Naukowcy twierdzą, że obserwowanie akcji daje kuszące spojrzenie na zmieniający się klimat i pogodę na planetach poza Układem Słonecznym.
Podczas gdy HD 189733b ma błękitne niebo jak Ziemia, jest to jeden z wielu „gorących Jowisza”, który był najłatwiejszy dla poszukiwaczy egzoplanet: ogromne planety gazowe, które krążą bardzo blisko swojej gwiazdy. HD 189733 leży bardzo blisko swojej gwiazdy, zwanej HD 189733A, zaledwie jedną trzydziestą odległości Ziemi od Słońca, wirując wokół gwiazdy w ciągu 2,2 dni. Dodatkowo system znajduje się zaledwie 63 lata świetlne stąd, tak blisko, że jego gwiazdę można zobaczyć w lornetce w pobliżu słynnej Mgławicy Hantle.
Chociaż jego gwiazda jest nieco mniejsza i chłodniejsza niż Słońce, powoduje to, że klimat planety jest wyjątkowo gorący, powyżej 1000 stopni Celsjusza, a górna atmosfera jest zniszczona przez energetyczne promieniowanie ultrafioletowe i promieniowanie rentgenowskie.
Chociaż nie sądzono, że atmosfera HD 189733b paruje (jak podobna egzoplaneta o nazwie Ozyrys lub HD 209458b), astronomowie wiedzieli, że potencjał tam jest. Gazy atmosferyczne rozciągają się daleko poza „powierzchnię” planety, umożliwiając przechodzenie światła gwiezdnego, a podczas poprzednich obserwacji astronomowie mogli zobaczyć, jakie związki chemiczne otaczają HD 189733b. Na podstawie tej analizy naukowcy wywnioskowali, że woda i metan zawarte są w atmosferze; a później teleskop kosmiczny Spitzer odwzorował nawet rozkład temperatur na całym świecie. Dodatkowe badania wykazały, że w górnej atmosferze HD 189733b istnieje cienka warstwa cząstek, tworząc cienkie chmury odblaskowe.
Astronom Alain Lecavelier des Etangs z paryskiego Instytutu Astrofizyki we Francji poprowadził zespół wykorzystujący Hubble'a do obserwacji atmosfery tej planety w dwóch okresach na początku 2010 r. I pod koniec 2011 r., Gdy była ona sylwetką względem swojej gwiazdy macierzystej. Podczas podświetlenia w ten sposób atmosfera planety odciska swój chemiczny podpis na świetle gwiazd, umożliwiając astronomom dekodowanie tego, co dzieje się na skalach, które są zbyt małe, aby można je bezpośrednio zobrazować. Mieli nadzieję, że atmosfera wyparuje, ale byli rozczarowani w 2010 roku.
„Pierwszy zestaw obserwacji był w rzeczywistości rozczarowujący”, powiedział Lecavelier, „ponieważ nie wykazali żadnego śladu atmosfery planety. Zdaliśmy sobie sprawę, że natrafiliśmy na coś bardziej interesującego, kiedy nadeszła druga seria obserwacji. ”
Obserwacje zespołu, dokonane w 2011 r., Pokazały dramatyczną zmianę, z wyraźnymi oznakami zrzucania gazu z planety z prędkością co najmniej 1000 ton na sekundę, z prędkością 300 000 km / h, dając planecie wygląd komety.
„Nie potwierdziliśmy właśnie, że atmosfery niektórych planet wyparowują”, powiedział Lecavelier, „obserwowaliśmy, jak fizyczne warunki w parującej atmosferze zmieniają się w czasie. Nikt wcześniej tego nie zrobił.
Dlaczego więc zmieniał się stan atmosfery?
Pomimo ekstremalnej temperatury planety atmosfera nie jest wystarczająco gorąca, aby odparować w tempie obserwowanym w 2011 roku. Zamiast tego uważa się, że parowanie jest napędzane przez intensywne promieniowanie rentgenowskie i ekstremalne promieniowanie ultrafioletowe z gwiazdy macierzystej, która jest około 20 razy mocniejszy niż nasze własne Słońce. Biorąc również pod uwagę, że HD 189733b jest gigantyczną planetą bardzo blisko swojej gwiazdy, wówczas musi otrzymać promieniowanie rentgenowskie 3 miliony razy wyższe niż Ziemia.
Ponieważ promienie rentgenowskie i ekstremalne światło ultrafioletowe ogrzewają atmosferę planety i prawdopodobnie kierują jej ucieczką, zespół monitorował również gwiazdę za pomocą teleskopu rentgenowskiego Swift (XRT). 7 września 2011 r., Zaledwie osiem godzin przed planowanym przez Hubble'a obserwowaniem tranzytu, Swift obserwował gwiazdę, gdy rozpętała potężny rozbłysk. Rozjaśnił się 3,6 razy w promieniach rentgenowskich, pik występujący na szczycie poziomów emisji, które były już większe niż Słońce.
„Bliskość planety od gwiazdy oznacza, że została uderzona przez podmuch promieni rentgenowskich dziesiątki tysięcy razy silniejszy niż Ziemia cierpi nawet podczas rozbłysku słonecznego klasy X, najsilniejszej kategorii” - powiedział współautor Peter Wheatley, fizyk z University of Warwick w Anglii.
Po uwzględnieniu ogromnego rozmiaru planety zespół zauważa, że HD 189733b napotkał około 3 miliony razy więcej promieni X niż Ziemia otrzymuje z rozbłysku słonecznego na progu klasy X.
„Emisje promieniowania rentgenowskiego stanowią niewielką część całkowitej mocy gwiazdy, ale jest to część, która jest wystarczająco energetyczna, aby doprowadzić do parowania atmosfery” - powiedział współautor Peter Wheatley z University of Warwick w Wielkiej Brytanii. „To był najjaśniejszy rozbłysk promieniowania rentgenowskiego z HD 189733A spośród kilku zaobserwowanych do tej pory i wydaje się bardzo prawdopodobne, że wpływ tego rozbłysku na planetę spowodował parowanie widoczne kilka godzin później z Hubble'em”.
Zespół powiedział również, że zmiany w mocy gwiazdy mogą oznaczać, że przechodzi sezonowy proces podobny do 11-letniego cyklu plam słonecznych.
Zespół ma nadzieję wyjaśnić zmiany, których byli świadkami, wykorzystując przyszłe obserwacje za pomocą teleskopu rentgenowskiego Hubble'a i ESM XMM-Newton, ale nie ma wątpliwości, że planeta została uderzona przez rozbłysk gwiezdny, i nie ma wątpliwości, że szybkość parowania atmosfera planety wystrzeliła w górę.
Te badania pokazują korzyści płynące ze wspólnych badań między misjami, gdy Swift zobaczył płomień, a Hubble zobaczył ogromną ilość gazu uwolnionego z atmosfery planety. Daje również potencjał do przyszłych badań, obserwowania zmian zarówno w gwiazdach, jak i atmosferach innych światów.
Ten film wideo z Goddard Spaceflight Center NASA zawiera dodatkowe informacje:
Podpis pod zdjęciem: Renderowanie tego artysty ilustruje odparowywanie atmosfery HD 189733b w odpowiedzi na potężną erupcję jej gwiazdy macierzystej. Kosmiczny Teleskop Hubble'a NASA wykrył uciekające gazy, a szybki satelita NASA złapał rozbłysk gwiezdny. Źródło: NASA Goddard Space Flight Center.
Drugi podpis obrazu: Ultrafioletowy / optyczny teleskop Swift uchwycił ten widok gwiazdy HD 189733b 14 września 2011 r. Obraz ma szerokość 6 minut kątowych. Źródło: NASA / Swift / Stefan Immler
