С момента своего открытия в 2005 году экзопланета HD 189733b была одной из наиболее наблюдаемых дополнительных солнечных планет благодаря своим размерам, компактной орбите, близости к Земле и заманчивой атмосфере голубого неба. Но астрономы, использующие космический телескоп Хаббла и быстрый телескоп, стали свидетелями драматических изменений в верхних слоях атмосферы планеты после сильной вспышки от ее родителя, которая омыла планету интенсивным рентгеновским излучением. Ученые говорят, что возможность наблюдать за происходящим дает дразнящий взгляд на изменение климата и погоды на планетах за пределами нашей Солнечной системы.
В то время как HD 189733b имеет голубое небо, похожее на Землю, это один из многих «горячих Юпитеров», которые легче всего найти охотникам за экзопланетами: огромные газовые планеты, которые вращаются очень близко к своей звезде. HD 189733 находится очень близко к его звезде, называемой HD 189733A, всего в тридцатой части расстояния от Солнца, облетая звезду за 2,2 дня. Кроме того, система находится всего в 63 световых годах от нас, настолько близко, что ее звезду можно увидеть в бинокль рядом со знаменитой туманностью Гантель.
Несмотря на то, что ее звезда немного меньше и холоднее Солнца, это делает климат планеты исключительно жарким, выше 1000 градусов по Цельсию, а верхняя атмосфера подвергается воздействию энергичного экстремального ультрафиолетового и рентгеновского излучения.
Даже при том, что атмосфера HD 189733b, как думали, не испарялась (как подобная экзопланета под названием Osiris, или HD 209458b), астрономы знали, что потенциал там был. Атмосферные газы простираются далеко за пределы «поверхности» планеты, пропуская звездный свет, и в предыдущих наблюдениях астрономы смогли взглянуть на то, какие химические соединения окружают HD 189733b. Из этого анализа ученые пришли к выводу, что вода и метан содержатся в атмосфере; и позже космический телескоп Spitzer даже нанес на карту распределение температуры вокруг земного шара. Дополнительные исследования показали, что тонкий слой частиц существует в верхней атмосфере HD 189733b, создавая тонкие отражающие облака.
Астроном Ален Лекавелье из Etangs из Парижского института астрофизики во Франции руководил командой, использующей Хаббл, для наблюдения за атмосферой этой планеты в течение двух периодов в начале 2010 года и в конце 2011 года, поскольку она была направлена против ее родительской звезды. При такой подсветке атмосфера планеты отпечатывает свою химическую сигнатуру на звездном свете, позволяя астрономам декодировать то, что происходит, в масштабах, которые слишком малы для прямого изображения. Они надеялись наблюдать за испаряющейся атмосферой, но были разочарованы в 2010 году.
«Первый набор наблюдений был действительно разочаровывающим, - сказал Лекавелье, - поскольку они вообще не показали никаких следов атмосферы планеты. Мы поняли, что случайно наткнулись на что-то более интересное, когда пришел второй набор наблюдений ».
Последующие наблюдения группы, проведенные в 2011 году, показали резкое изменение, с явными признаками выброса газа с планеты со скоростью не менее 1000 тонн в секунду на скорости 300 000 миль в час, что дает планете кометоподобная внешность.
«Мы не только подтвердили, что атмосфера некоторых планет испаряется, - сказал Лекавелье, - мы наблюдали, как физические условия в испаряющейся атмосфере изменялись с течением времени. Никто не делал этого раньше.
Так почему же изменилось состояние атмосферы?
Несмотря на экстремальную температуру планеты, атмосфера недостаточно горячая, чтобы испаряться со скоростью, наблюдаемой в 2011 году. Вместо этого, как полагают, испарение вызвано интенсивным рентгеновским и экстремальным ультрафиолетовым излучением от родительской звезды, которое составляет около В 20 раз сильнее, чем у нашего Солнца. Принимая во внимание также, что HD 189733b является гигантской планетой, находящейся очень близко к своей звезде, он должен получить дозу рентгеновского излучения, в 3 миллиона раз превышающую Землю.
Поскольку рентгеновское излучение и ультрафиолетовый звездный свет нагревают атмосферу планеты и, вероятно, способствуют ее спасению, команда также наблюдала за звездой с помощью рентгеновского телескопа Swift (XRT). 7 сентября 2011 года, всего за восемь часов до того, как Хаббл должен был наблюдать за транзитом, Свифт наблюдал за звездой, когда она выпустила мощную вспышку. В рентгеновских лучах он осветлился в 3,6 раза, и всплеск на вершине уровня излучения уже был выше солнечного.
«Непосредственная близость планеты к звезде означает, что она подверглась воздействию рентгеновского излучения, в десятки тысяч раз более сильного, чем Земля, даже во время солнечной вспышки X-класса, самой сильной категории», - сказал соавтор Питер Уитли. физик в университете Уорика в Англии.
После учета огромных размеров планеты, команда отмечает, что HD 189733b обнаружил примерно в 3 миллиона раз больше рентгеновских лучей, чем Земля получает от солнечной вспышки на пороге класса X.
«Рентгеновские выбросы - это небольшая часть общего излучения звезды, но это та часть, которая достаточно энергична, чтобы стимулировать испарение атмосферы», - сказал соавтор Питер Уитли из Университета Уорика в Великобритании. «Это была самая яркая рентгеновская вспышка из HD 189733A из нескольких наблюдаемых на сегодняшний день, и вполне вероятно, что воздействие этой вспышки на планету привело к испарению, замеченному через несколько часов с Хабблом».
Команда также сказала, что изменения в мощности звезды могут означать, что она подвергается сезонному процессу, подобному 11-летнему солнечному циклу Солнца.
Команда надеется прояснить изменения, свидетелями которых они стали, используя будущие наблюдения с помощью космического телескопа XMM-Newton Хаббла и ESA, но говорят, что нет никаких сомнений в том, что планета была поражена звездной вспышкой, и нет сомнений в том, что скорость испарения атмосфера планеты взорвалась.
Это исследование показывает преимущества совместных исследований между миссиями, поскольку Свифт увидел вспышку, а Хаббл увидел огромное количество газа, выброшенного из атмосферы планеты. Это также дает возможность для будущих исследований, чтобы наблюдать за изменениями как в звезде, так и в атмосфере других миров.
Это видео из Центра космического полета им. Годдарда НАСА предоставляет дополнительную информацию:
Заголовок ведущего изображения: Рендеринг этого художника иллюстрирует испарение атмосферы HD 189733b в ответ на мощное извержение звезды-хозяина. Космический телескоп НАСА имени Хаббла обнаружил выходящие газы, а спутник НАСА «Свифт» поймал звездную вспышку. Предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.
Заголовок второго изображения: Ультрафиолетовый / оптический телескоп Swift сделал снимок звезды HD 189733b 14 сентября 2011 года. Изображение имеет 6 угловых минут в поперечнике. Кредит: НАСА / Свифт / Стефан Иммлер
