Siden opdagelsen i 2005 har exoplanet HD 189733b været en af de mest observerede ekstra solplaneter på grund af dens størrelse, kompakte bane, nærhed til Jorden og lokkende blå himmelatmosfære. Men astronomer, der bruger Hubble-rumteleskopet og det hurtige teleskop, har været vidne til dramatiske ændringer i planetens øvre atmosfære efter en voldsom opblussen fra dens forælder, der badet planeten i intens røntgenstråling. Forskerne siger, at det at kunne se handlingen giver et fristende glimt af det skiftende klima og vejr på planeter uden for vores solsystem.
Mens HD 189733b har en blå himmel som Jorden, er det en af de mange "varme Jupitere", der har været den nemmeste for eksoplanetjægere at finde: enorme gasplaneter, der kredser ekstremt tæt på dens stjerne. HD 189733 ligger yderst tæt på sin stjerne, kaldet HD 189733A, kun tredive af afstanden Jorden er fra solen, og pisker rundt stjernen på 2,2 dage. Derudover er systemet kun 63 lysår væk, så tæt, at dens stjerne kan ses med kikkert i nærheden af den berømte håndvægtnebula.
Selvom dens stjerne er lidt mindre og køligere end Solen, gør dette planetens klima usædvanligt varmt, over 1000 grader Celsius, og den øverste atmosfære er ramt af energisk ekstrem ultraviolet og røntgenstråling.
Selvom HD 189733bs atmosfære ikke blev antaget at fordampe (som en lignende exoplanet kaldet Osiris eller HD 209458b) vidste astronomer, at potentialet var der. De atmosfæriske gasser strækker sig langt ud over den planetariske "overflade", der tillader stjernelys at passere igennem, og i tidligere observationer var astronomer i stand til at få et kig på hvilke kemiske forbindelser der omgiver HD 189733b. Fra denne analyse udledte forskere, at vand og metan er indeholdt i atmosfæren; og senere kortlagt Spitzer-rumteleskopet endda temperaturfordelingen rundt om i verden. Yderligere forskning indikerede, at der findes et tyndt lag partikler i den øvre atmosfære af HD 189733b, hvilket skaber tynde reflekterende skyer.
Astronom Alain Lecavelier des Etangs fra Paris Institute of Astrophysics i Frankrig førte et hold, der brugte Hubble til at observere denne planets atmosfære i to perioder i begyndelsen af 2010 og slutningen af 2011, da det blev silhuet mod sin moderstjerne. Selvom det er baggrundsbelyst på denne måde, præciserer planetens atmosfære sin kemiske signatur på stjernelyset, hvilket giver astronomer mulighed for at afkode det, der sker på skalaer, der er for små til direkte at forestille sig. De håbede på at observere atmosfæren fordampe, men blev skuffet i 2010.
”Det første sæt observationer var faktisk skuffende,” sagde Lecavelier, ”da de overhovedet ikke viste spor af planetens atmosfære. Vi indså kun, at vi havde fundet ud af noget mere interessant, da det andet sæt observationer kom ind. ”
Holdets opfølgningsobservationer, der blev foretaget i 2011, viste en dramatisk ændring med klare tegn på, at en gasstrøm blev sprængt fra planeten med en hastighed på mindst 1000 ton pr. Sekund ved en hastighed på 300.000 km / h, hvilket giver planeten en kometlignende udseende.
”Vi havde ikke bare bekræftet, at nogle planets atmosfærer fordamper,” sagde Lecavelier, ”vi havde set de fysiske forhold i den fordampende atmosfære variere over tid. Ingen havde gjort det før. ”
Så hvorfor ændrede atmosfærens tilstand sig?
På trods af planetens ekstreme temperatur er atmosfæren ikke varm nok til at fordampe med den hastighed, der blev set i 2011. I stedet antages, at fordampningen er drevet af den intense røntgenstråle og ekstrem ultraviolet stråling fra moderstjernen, som handler om 20 gange mere kraftfuld end vores egen sol. Når man også tager højde for, at HD 189733b er en kæmpe planet meget tæt på sin stjerne, skal den lide en røntgenstråledosis, der er 3 millioner gange højere end Jorden.
Da røntgenstråler og ekstrem ultraviolet stjernelys opvarmer planetens atmosfære og sandsynligvis driver dens flugt, overvågede teamet også stjernen med Swifts røntgenteleskop (XRT). Den 7. september 2011, blot otte timer før Hubble skulle planlægge at overvåge transit, overvågede Swift stjernen, da den frigav en kraftig blænding. Det blev lyset med 3,6 gange i røntgenstråler, en spike, der forekommer på toppen af emissionsniveauer, der allerede var større end solens.
”Planetens nærhed til stjernen betyder, at den blev ramt af en eksplosion af røntgenstråler titusinder af gange stærkere, end Jorden lider selv under en X-klasse soludbrænding, den stærkeste kategori,” sagde medforfatter Peter Wheatley, en fysiker ved University of Warwick i England.
Efter at have redegjort for planetens enorme størrelse, bemærker teamet, at HD 189733b stødte på omkring 3 millioner gange så mange røntgenstråler som Jorden modtager fra en solflare ved tærsklen til X-klassen.
"Røntgenemissioner er en lille del af stjernens samlede output, men det er den del, at den er energisk nok til at drive fordampningen af atmosfæren," sagde medforfatter Peter Wheatley fra University of Warwick, England. ”Dette var den lyseste røntgenstråling fra HD 189733A af flere, der er observeret til dato, og det ser meget sandsynligt ud, at virkningen af denne blussning på planeten drev fordampningen, der blev set nogle timer senere med Hubble.”
Holdet sagde også, at ændringerne i stjernens output kan betyde, at den gennemgår en sæsonbetonet proces, der ligner Solens 11-årige solflekcyklus.
Holdet håber at afklare de ændringer, de var vidne til ved hjælp af fremtidige observationer med Hubble og ESAs XMM-Newton røntgen-rumteleskop, men siger, at der ikke er nogen tvivl om, at planeten blev ramt af en stjerneflam og intet spørgsmål om, at fordampningshastigheden af planetens atmosfære skød op.
Denne undersøgelse viser fordelene ved samarbejdsforskning mellem missioner, da Swift så opblussen, og Hubble så den enorme mængde gas strippet ud af planetens atmosfære. Det giver også potentiale for fremtidig forskning, for at se på ændringer i både stjerne og atmosfære i andre verdener.
Denne video fra NASA's Goddard Spaceflight Center indeholder yderligere oplysninger:
Lead billedtekst: Denne kunstners gengivelse illustrerer fordampningen af HD 189733b's atmosfære som reaktion på et stærkt udbrud fra dens værtsstjerne. NASAs Hubble-rumteleskop opdagede de udstrømmende gasser, og NASAs Swift-satellit fangede den stellare blusse. Kredit: NASA's Goddard Space Flight Center.
Andet billedtekst: Swift's Ultraviolet / Optical Telescope fangede denne opfattelse af HD 189733b's stjerne den 14. september 2011. Billedet er 6 lysbuer på tværs. Kredit: NASA / Swift / Stefan Immler
