Od svého objevu v roce 2005 byl exoplanet HD 189733b jednou z nejsledovanějších extra slunečních planet díky své velikosti, kompaktní oběžné dráze, blízkosti Země a lákavé atmosféře modré oblohy. Astronomové používající Hubbleův kosmický dalekohled a Swiftův dalekohled však byli svědky dramatických změn v horní atmosféře planety po prudkém vzplanutí od jejího rodiče, který planetu koupal v intenzivním rentgenovém záření. Vědci říkají, že schopnost sledovat akci dává vzrušující pohled na měnící se klima a počasí na planetách mimo naši sluneční soustavu.
Zatímco HD 189733b má modrou oblohu jako Země, je to jeden z mnoha „horkých Jupiterů“, které byly pro lovce exoplanet nejjednodušší najít: obrovské plynové planety, které obíhají extrémně blízko své hvězdy. HD 189733 leží extrémně blízko ke své hvězdě, nazývané HD 189733A, jen třicátá vzdálenost Země je od Slunce, bičování kolem hvězdy za 2,2 dní. Kromě toho je systém vzdálený pouhých 63 světelných let, takže je jeho hvězdu vidět dalekohledem poblíž známé mlhoviny Činka.
I když je její hvězda o něco menší a chladnější než Slunce, díky tomu je klima planety mimořádně horké, při teplotě nad 1000 stupňů Celsia, a horní atmosféru narušuje energetické extrémní ultrafialové a rentgenové záření.
Ačkoli atmosféra HD 189733b nebyla považována za odpařující se (jako podobný exoplanet zvaný Osiris nebo HD 209458b), astronomové věděli, že existuje potenciál. Atmosférické plyny sahají daleko za planetární „povrch“, což umožňuje průchod hvězdného světla, a v předchozích pozorováních mohli astronomové nahlédnout do toho, jaké chemické sloučeniny obklopují HD 189733b. Z této analýzy vědci vyvodili, že voda a metan jsou obsaženy v atmosféře; a později vesmírný dalekohled Spitzer dokonce zmapoval rozložení teploty po celém světě. Další výzkum ukázal, že v horní atmosféře HD 189733b existuje tenká vrstva částic, která vytváří tenké reflexní mraky.
Astronom Alain Lecavelier des Etangs z Pařížského institutu astrofyziky ve Francii vedl tým, který pomocí Hubbleu pozoroval atmosféru této planety ve dvou obdobích na začátku roku 2010 a na konci roku 2011, protože byl silhouetován proti své mateřské hvězdě. Ačkoli je podsvícení tímto způsobem, atmosféra planety vtiskne svůj chemický podpis na hvězdné světlo, což umožňuje astronomům dekódovat, co se děje, na stupnicích, které jsou příliš malé na přímý obraz. Doufali, že pozorují odpařování atmosféry, ale v roce 2010 byli zklamáni.
„První sada pozorování byla ve skutečnosti zklamáním,“ řekl Lecavelier, „protože neukazují vůbec žádnou stopu atmosféry planety. Uvědomili jsme si pouze, že jsme začali hledat něco zajímavějšího, když přišla druhá sada pozorování. “
Následná pozorování týmu, provedená v roce 2011, ukázala dramatickou změnu s jasnými známkami toho, že z planety fouká oblak plynu rychlostí alespoň 1 000 tun za sekundu, rychlostí 300 000 mph, což dává planetě vzhled komety.
"Nepotvrdili jsme, že se atmosféra některých planet vypařuje," řekl Lecavelier, "sledovali jsme, jak se fyzikální podmínky ve vypařovací atmosféře v čase mění." Nikdo to předtím neudělal. “
Proč se tedy změnil stav atmosféry?
Navzdory extrémní teplotě planety není atmosféra dostatečně horká, aby se vypařila rychlostí pozorovanou v roce 2011. Místo toho se má za to, že odpařování je vedeno intenzivním rentgenovým zářením a extrémním ultrafialovým zářením z mateřské hvězdy, což je asi 20krát silnější než naše vlastní Slunce. Vzhledem k tomu, že HD 189733b je obří planeta velmi blízká své hvězdě, musí tedy podstoupit rentgenovou dávku 3 milionkrát vyšší než Země.
Protože rentgenové paprsky a extrémní ultrafialové světlo zahřívají atmosféru planety a pravděpodobně vedou k jejímu úniku, tým také sledoval hvězdu pomocí rentgenového dalekohledu Swift (XRT). 7. září 2011, pouhých osm hodin před plánovaným pozorováním tranzitu Hubbleem, Swift sledoval hvězdu, když uvolnila silnou erupci. U rentgenových paprsků se rozjasnilo 3,6krát, což znamená, že na vrcholcích emisí, které již byly vyšší než sluneční, došlo ke špičce.
"Úzká blízkost planety znamená, že byla zasažena výbuchem rentgenových paprsků, které jsou desítky tisíckrát silnější, než Země trpí, dokonce i při sluneční erupci třídy X, nejsilnější kategorii," řekl spoluautor Peter Wheatley, fyzik na University of Warwick v Anglii.
Po zohlednění obrovské velikosti planety tým poznamenal, že model HD 189733b narazil na 3 milionykrát tolik rentgenových paprsků, kolik Země dostává ze sluneční erupce na prahu třídy X.
"Rentgenové emise jsou malou částí celkového výkonu hvězdy, ale je to část, která je dostatečně energetická, aby způsobila vypařování atmosféry," řekl spoluautor Peter Wheatley z University of Warwick ve Velké Británii. "Jednalo se o nejjasnější rentgenovou erupci z HD 189733A z několika dosud pozorovaných a zdá se velmi pravděpodobné, že dopad této erupce na planetu způsobil odpařování viděné o několik hodin později s Hubbleem."
Tým také řekl, že změny ve výkonu hvězdy mohou znamenat, že prochází sezónním procesem podobným 11letému cyklu slunečních skvrn.
Tým doufá, že objasní změny, kterým byli svědky, pomocí budoucích pozorování pomocí rentgenového kosmického dalekohledu Hubble a XMM-Newton ESA, ale tvrdí, že není pochyb o tom, že planeta byla zasažena hvězdnou erupcí, a není pochyb o tom, že míra odpařování atmosféra planety vystřelila.
Tento výzkum ukazuje výhody výzkumu ve spolupráci mezi misemi, když Swift viděl vzplanutí a Hubble viděl obrovské množství plynu rozptýlené z atmosféry planety. Poskytuje také potenciál pro budoucí výzkum, sledovat změny v hvězdách i atmosféře jiných světů.
Toto video z NASA Goddard Spaceflight Center poskytuje další informace:
Titulek hlavního obrázku: Ztvárnění tohoto umělce ilustruje odpařování atmosféry HD 189733b v reakci na silnou erupci hostitelské hvězdy. Hubbleův kosmický dalekohled NASA detekoval unikající plyny a satelitní satelit NASA Swift zachytil hvězdnou erupci. Kredit: NASA Goddard Space Flight Center.
Titulek druhého obrázku: Ultrafialový / optický dalekohled společnosti Swift zachytil tento pohled na hvězdu HD 189733b 14. září 2011. Obrázek má průměr 6 arcminut. Kredit: NASA / Swift / Stefan Immler
