Teleskop Hubble rejestruje dramatyczne zmiany odległej planety

Teleskop Hubble rejestruje dramatyczne zmiany odległej planety
Teleskop Hubble rejestruje dramatyczne zmiany odległej planetyOriginal Press Release
Astronomowie wykorzystujący w obserwacjach teleskop kosmiczny NASA/ESA Hubble Space Telescope zaobserwowali dramatyczne zmiany w górnych warstwach atmosfery odległej planety.

Nie tylko potwierdziliśmy, że atmosfery niektórych planet odparowują. Zaobserwowaliśmy zmieniające się w czasie warunki fizyczne w trakcie parowania atmosfery. A tego nikt dotąd nie zrobił

Alain Lecavelier des Etangs
CNRS-UPMC, Francja

Astronom Alain Lecavelier des Etangs (CNRS-UPMC, Francja) i jego zespół wykorzystał Hubble do obserwacji atmosfery planety HD 189733b w dwóch okresach – na początku 2010 r. i pod koniec 2011 r., gdy przechodziła ona przed tarczą swej gwiazdy. Gdy atmosfera planety zostaje w trakcie tranzytu prześwietlona pozostawia w widmie światła gwiazdy chemiczny odcisk palca umożliwiając astronomom badanie co dzieje się w skalach, które są zbyt małe do bezpośredniego obrazowania. Obserwacje zostały przeprowadzone w celu potwierdzenia tego, co zespół zaobserwował już wcześniej w innym systemie planetarnym: parowania  atmosfery egzoplanety.

Niebo nad HD 189733b jest niebieskie, ale tu kończy się podobieństwo do Ziemi. Planeta jest ogromnym gazowym olbrzymem podobnym do Jowisza, jednak znajduje się bardzo blisko swojej gwiazdy, w odległości 30 razy mniejszej, niż ta która od Słońca dzieli Ziemię. Nawet jeżeli gwiazda macierzysta w tym układzie jest nieco mniejsza i chłodniejsza od Słońca, to i tak klimat planety jest – delikatnie ujmując – gorący. Temperatura przekracza 1000 stopni Celsjusza, a górne warstwy atmosfery są poddane potężnemu oddziaływaniu energetycznego promieniowania ultrafioletowego i rentgenowskiego. To sprawia, że jest doskonałym kandydatem do badania wpływu gwiazdy na atmosferę planety.

„W sumie pierwszy zestaw obserwacji był rozczarowujący ponieważ w danych zupełnie nie znaleźliśmy śladów atmosfery planety „- mówi Lecavelier. -” Dopiero drugi zestaw obserwacji ujawnił, że przypadkiem trafiliśmy na coś bardziej interesującego.”

Drugi zestaw obserwacji, uzyskany w 2011 roku, ujawnił dramatyczne zmiany, z wyraźnymi oznakami pióropusza gazu są wyrzucanego w tempie co najmniej 1000 ton na sekundę. Pojawiło się pytanie: skąd taka zmiana?

Mimo wysokiej temperatury, atmosfera egzoplanety nie jest wystarczająco gorąca, aby odparować w tempie jaki zespół zaobserwował w 2011 roku. Parowanie jest raczej napędzane przez intensywne promieniowanie rentgenowskie i dalekiego ultrafioletu gwiazdy macierzystej, HD 189733A, które jest około 20 razy intensywniejsze niż Słońca. A gdy uwzględni się fakt, że HD 189733b to gazowy olbrzym krążący bardzo blisko gwiazdy, egzoplaneta ta jest poddana działaniu 3 milionów razy silniejszemu promieniowaniu rentgenowskiemu niż Ziemia.

Dowodów wspierających hipotezę rentgenowskiego odparowanie atmosfery dostarczyły wykonane w tym samym czasie obserwacje HD 189733A za pomocą satelity Swift, który – w odróżnieniu od teleskopu Hubble – badał promieniowanie rentgenowskie gwiazdy. Na kilka godzin przed tym, jak Hubble obserwował planetę po raz drugi, Swift zanotował potężny rozbłysk promieniowania pochodzącego z powierzchni gwiazdy. Na krótko stała się ona 4 razy jaśniejsza w promieniowaniu rentgenowskim od normalnego poziomu.

„Emisje rentgenowskie stanowią małą część całkowitej emisji gwiazdy, ale wystarczającą pod względem energetycznym, żeby doprowadzić do odparowania atmosfery „- mówi Peter Wheatley (Uniwersytet Warwick, Wielka Brytania), współautor badań. -„To był najjaśniejszy rozbłysk rentgenowski z HD 189733A jaki dotąd obserwowano, i wydaje się bardzo prawdopodobne, że wpływ tego błysku na egzoplanetę doprowadził do odparowania zaobserwowanego kilka godzin później przez teleskop Hubble.”

Badanie to ma znaczenie nie tylko w przypadku analizy planet podobnych do Jowisza. Kilka ostatnio odkrytych skalistych super-Ziem znajdujących się blisko swoich gwiazd macierzystych uważane się za resztki planet takich jak HD 189733b, których atmosfery w całości odparowały.

Źródła:

Dramatic change spotted on a faraway planet

Astronomers using the NASA/ESA Hubble Space Telescope have seen dramatic changes in the upper atmosphere of a faraway planet. Just after a violent flare on its parent star bathed it in intense X-ray radiation, the planet’s atmosphere gave off a powerful burst of evaporation. The observations give a tantalising glimpse of the changing climates and weather on planets outside our Solar System.

Astronomer Alain Lecavelier des Etangs (CNRS-UPMC, France) and his team used Hubble to observe the atmosphere of exoplanet HD 189733b [1] during two periods in early 2010 and late 2011, as it was silhouetted against its parent star [2]. While backlit in this way, the planet’s atmosphere imprints its chemical signature on the starlight, allowing astronomers to decode what is happening on scales that are too tiny to image directly. The observations were carried out in order to confirm what the team had previously seen once before in a different planetary system: the evaporation of an exoplanet’s atmosphere (heic0403).

HD 189733b has a blue sky, but that’s where the similarities with Earth stop. The planet is a huge gas giant similar to Jupiter, but it lies extremely close to its star, just one thirtieth the distance Earth is from the Sun. Even though its star is slightly smaller and cooler than the Sun, this makes the planet’s climate exceptionally hot, at above 1000 degrees Celsius, and the upper atmosphere is battered by energetic extreme-ultraviolet and X-ray radiation. As such, it is an excellent candidate to study the effects of a star on a planetary atmosphere.

“The first set of observations were actually disappointing,” Lecavelier says, “since they showed no trace of the planet’s atmosphere at all. We only realised we had chanced upon something more interesting when the second set of observations came in.”

The team’s follow-up observations, made in 2011, showed a dramatic change, with clear signs of a plume of gas being blown from the planet at a rate of at least 1000 tonnes per second. “We hadn’t just confirmed that some planets’ atmospheres evaporate,” Lecavelier explains, “we had watched the physical conditions in the evaporating atmosphere vary over time. Nobody had done that before.”

The next question was: why the change?

Despite the extreme temperature of the planet, the atmosphere is not hot enough to evaporate at the rate seen in 2011. Instead the evaporation is thought to be driven by the intense X-ray and extreme-ultraviolet radiation from the parent star, HD 189733A, which is about 20 times more powerful than that of our own Sun. Taking into account also that HD 189733b is a giant planet very close to its star, then it must suffer an X-ray dose 3 million times higher than the Earth.

Evidence to support X-ray driven evaporation comes from simultaneous observations of HD 189733A with the Swift satellite [3], which, unlike Hubble, can observe the star’s atmosphere-frying X-rays. A few hours before Hubble observed the planet for the second time, Swift recorded a powerful flash of radiation coming from the surface of the star, in which the star briefly became 4 times brighter in X-rays.

“X-ray emissions are a small part of the star’s total output, but it is the part that it is energetic enough to drive the evaporation of the atmosphere,” explains Peter Wheatley (University of Warwick, UK), one of the co-authors of the study. “This was the brightest X-ray flare from HD 189733A of several observed to date, and it seems very likely that the impact of this flare on the planet drove the evaporation seen a few hours later with Hubble.”

X-rays are energetic enough to heat the gas in the upper atmosphere to tens of thousands of degrees, hot enough to escape the gravitational pull of the giant planet. A similar process occurs, albeit less dramatically, when a space weather event such as a solar flare hits the Earth’s ionosphere, disrupting communications. While the team believes that the flash of X-rays is the most likely cause of the atmospheric changes they saw on HD 189733b, there are other possible explanations. For example, it may be that the baseline level of X-ray emission from the star increased between 2010 and 2011, in a seasonal process similar to the Sun’s 11-year sunspot cycle.

Regardless of the details of exactly what happened to HD 189733b’s atmosphere, which the team hope to clarify using future observations with Hubble and ESA’s XMM-Newton X-ray space telescope, there is no question that the planet was hit by a stellar flare, and no question that the rate of evaporation of the planet’s atmosphere shot up.

This research has relevance not only for the study of Jupiter-like planets. Several recent discoveries of rocky “super Earths” near their parent stars are thought to be the remnants of planets like HD 189733b, after the complete evaporation of their atmospheres. [4]

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *