Sedan upptäckten 2005 har exoplanet HD 189733b varit en av de mest observerade extra solplaneterna, på grund av dess storlek, kompakta bana, närhet till jorden och lockande blå himmelatmosfär. Men astronomer som använder Hubble Space Telescope och Swift Telescope har bevittnat dramatiska förändringar i planetens övre atmosfär efter en våldsam flare från dess förälder som bad planeten i intensiv röntgenstrålning. Forskarna säger att de kan titta på handlingen ger ett lockande glimt av det förändrade klimatet och vädret på planeter utanför vårt solsystem.
Medan HD 189733b har en blå himmel som jorden, är det en av de många "heta Jupitrarna" som har varit det enklaste för exoplanetjägare att hitta: enorma gasplaneter som kretsar extremt nära sin stjärna. HD 189733 ligger extremt nära sin stjärna, som kallas HD 189733A, bara en trettionde avståndet jorden är från solen och piskar runt stjärnan på 2,2 dagar. Dessutom är systemet bara 63 ljusår bort, så nära att dess stjärna kan ses med kikare nära den berömda hantelnebulan.
Även om dess stjärna är något mindre och svalare än solen, gör detta planetens klimat exceptionellt varmt, över 1000 grader Celsius, och den övre atmosfären slås av energisk extrem ultraviolett och röntgenstrålning.
Även om HD 189733b: s atmosfär inte trodde försvinna (som en liknande exoplanet som heter Osiris eller HD 209458b) visste astronomer potentialen var där. De atmosfäriska gaserna sträcker sig långt bortom den planetära "ytan", vilket gör att stjärnljus kan passera genom, och i tidigare observationer kunde astronomer få en titt på vilka kemiska föreningar som omger HD 189733b. Från denna analys drar forskare att vatten och metan finns i atmosfären; och senare kartlade rymdteleskopet Spitzer till och med temperaturfördelningen runt om i världen. Ytterligare forskning indikerade att ett tunt lager av partiklar finns i den övre atmosfären av HD 189733b, vilket skapar tunna reflekterande moln.
Astronomen Alain Lecavelier des Etangs från Paris Institute of Astrophysics i Frankrike ledde ett team som använde Hubble för att observera atmosfären på denna planet under två perioder i början av 2010 och slutet av 2011, då den blev silhuett mot sin moderstjärna. Medens bakgrundsbelyst på detta sätt, förtrycker planetens atmosfär sin kemiska signatur på stjärnljuset, så att astronomer kan avkoda vad som händer på skalor som är för små för att direkt avbilda. De hoppades kunna se atmosfären som förångas bort, men blev besvikna 2010.
"Den första uppsättningen observationer var faktiskt en besvikelse," sade Lecavelier, "eftersom de inte visade några spår av planetens atmosfär alls. Vi insåg bara att vi hade lyckats med något mer intressant när den andra uppsättningen observationer kom in. ”
Lagets uppföljningsobservationer, som gjordes 2011, visade en dramatisk förändring, med tydliga tecken på en gasflöde som blåstes från planeten med en hastighet av minst 1000 ton per sekund, med en hastighet av 300 000 km / h, vilket ger planeten en kometliknande utseende.
"Vi hade inte bara bekräftat att vissa planets atmosfärer avdunstar," sade Lecavelier, "vi hade sett de fysiska förhållandena i den förångande atmosfären variera över tid. Ingen hade gjort det förut. ”
Så varför förändrades atmosfärens tillstånd?
Trots planetens extrema temperatur är atmosfären inte tillräckligt varm för att avdunsta med den hastighet som sågs 2011. I stället tros indunstningen drivas av den intensiva röntgenstrålningen och extrem ultraviolett strålning från moderstjärnan, som handlar om 20 gånger kraftfullare än vår egen Sun. Med hänsyn också till att HD 189733b är en jätteplanet mycket nära sin stjärna, måste den drabbas av en röntgendos som är 3 miljoner gånger högre än jorden.
Eftersom röntgenstrålar och extremt ultraviolett stjärnljus värmer upp planetens atmosfär och sannolikt driver sin flykt, övervakade teamet också stjärnan med Swifts röntgenteleskop (XRT). Den 7 september 2011, bara åtta timmar innan Hubble planerades att följa transiteringen, övervakade Swift stjärnan när den släppte loss en kraftfull bloss. Det ljusnade med 3,6 gånger i röntgenstrålar, en spik som uppträdde ovanpå utsläppsnivåer som redan var större än solens.
"Planetens närhet till stjärnan innebär att den slogs av en sprängning av röntgenstrålar som är tiotusentals gånger starkare än jorden lider även under en solkross i X-klass, den starkaste kategorin," sa medförfattaren Peter Wheatley, en fysiker vid University of Warwick i England.
Efter att ha redogjort för planetens enorma storlek, konstaterar teamet att HD 189733b stött på cirka 3 miljoner gånger så många röntgenstrålar som jorden får från en solfällning vid tröskeln för X-klassen.
"Röntgenutsläpp är en liten del av stjärnans totala produktion, men det är den del att den är tillräckligt energisk för att driva avdunstningen av atmosfären," sa medförfattaren Peter Wheatley från University of Warwick, Storbritannien. "Detta var den ljusaste röntgenstrålningen från HD 189733A av flera som hittills observerats, och det verkar mycket troligt att effekterna av denna blossning på planeten drev förångningen sett några timmar senare med Hubble."
Teamet sa också att förändringarna i stjärnans produktion kan innebära att den genomgår en säsongsprocess som liknar Suns 11-åriga solfläckcykel.
Teamet hoppas kunna klargöra förändringarna som de bevittnade med hjälp av framtida observationer med Hubble och ESA: s XMM-Newton röntgenteleskop, men säger att det inte är fråga om att planeten drabbades av en stjärnskydd och ingen tvekan om att indunstningsgraden av planetens atmosfär sköt upp.
Denna forskning visar fördelarna med samarbetsforskning mellan uppdrag, när Swift såg flänsen, och Hubble såg den enorma mängden gas som avskalades ur planetens atmosfär. Det ger också potential för framtida forskning, att se efter förändringar i både stjärnans och atmosfären i andra världar.
Den här videon från NASAs Goddard Spaceflight Center ger ytterligare information:
Huvudbildtexter: Denna konstnärs rendering illustrerar förångningen av HD 189733bs atmosfär som svar på ett kraftfullt utbrott från värdstjärnan. NASA: s Hubble Space Telescope upptäckte de utsläppande gaserna och NASA: s Swift-satellit fångade den stjärna blossan. Kredit: NASA: s Goddard Space Flight Center.
Andra bildtexten: Swift's Ultraviolet / Optical Telescope fångade den här bilden av HD 189733bs stjärna den 14 september 2011. Bilden är 6 bågminuter tvärs över. Kredit: NASA / Swift / Stefan Immler
