З часу свого відкриття в 2005 році екзопланета HD 189733b стала однією з найбільш спостережуваних додаткових сонячних планет, завдяки розмірам, компактній орбіті, близькості до Землі та привабливій атмосфері синього неба. Але астрономи, що використовують космічний телескоп Хаббл і Телескоп Свіфт, стали свідками кардинальних змін у верхній атмосфері планети внаслідок бурхливого спалаху з боку батьків, який омив планету інтенсивним рентгенівським випромінюванням. Вчені кажуть, що можливість спостерігати за дією дає вражаючий погляд на мінливий клімат та погоду на планетах поза нашою Сонячною системою.
У той час як HD 189733b має блакитне небо, як Земля, це один із багатьох "гарячих Юпітерів", які було найпростіше знайти мисливців на екзопланети: величезні газові планети, що орбітують надзвичайно близько до його зірки. HD 189733 лежить надзвичайно близько до своєї зірки, яка називається HD 189733A, лише на одній тридцятій відстані Землі знаходиться від Сонця, прокручуючи навколо зірки за 2,2 дня. Крім того, система знаходиться всього в 63 світлових роках, настільки близько, що її зірку можна побачити біноклем біля знаменитої туманності Гантель.
Незважаючи на те, що його зірка трохи менша та прохолодніша, ніж Сонце, це робить клімат планети надзвичайно жарким, вище 1000 градусів Цельсія, а верхня атмосфера забита енергійним надзвичайним ультрафіолетовим та рентгенівським випромінюванням.
Незважаючи на те, що атмосфера HD 189733b не вважалася випаровуваною (як подібна екзопланета під назвою Осіріс, або HD 209458b), астрономи знали, що існує потенціал. Атмосферні гази простягаються далеко за планетарну "поверхню", що дозволяє пропускати зоряне світло, і в попередніх спостереженнях астрономи змогли зазирнути в те, які хімічні сполуки оточують HD 189733b. З цього аналізу вчені зробили висновок, що вода та метан містяться в атмосфері; а пізніше космічний телескоп Шпіцера навіть склав карту розподілу температури по всьому світу. Додаткові дослідження показали, що у верхній атмосфері HD 189733b існує тонкий шар частинок, створюючи тонкі відбивні хмари.
Астроном Ален Лекавельє де Етангс з Паризького інституту астрофізики у Франції очолив команду, що використовує Хаббла, щоб спостерігати за атмосферою цієї планети протягом двох періодів на початку 2010 року та наприкінці 2011 року, як це було силуетовано проти її материнської зірки. Підсвічуючись таким чином, атмосфера планети відбиває свій хімічний підпис на зоряному світлі, дозволяючи астрономам розшифровувати те, що відбувається в масштабах, які надто крихітні для зображення безпосередньо. Вони сподівалися спостерігати, як атмосфера випаровується, але розчарувалася в 2010 році.
"Перший набір спостережень насправді невтішний", - сказав Лекавельє, - оскільки вони взагалі не показали жодної сліди атмосфери планети. Ми зрозуміли, що надумали щось цікавіше, коли з'явився другий набір спостережень ".
Подальші спостереження команди, проведені в 2011 році, показали кардинальну зміну, з чіткими ознаками того, що з планети витікає шматок газу зі швидкістю не менше 1000 тонн в секунду, зі швидкістю 300 000 миль / год, що дає планеті планету кометний вигляд.
«Ми не тільки підтвердили, що атмосфера деяких планет випаровується, - сказав Лекавельєр, - ми спостерігали, як фізичні умови в атмосфері випаровування змінюються з часом. Ніхто раніше цього не робив ».
То чому змінився стан атмосфери?
Незважаючи на екстремальну температуру планети, атмосфера не є достатньо гарячою, щоб випаровуватися зі швидкістю, яку спостерігали у 2011 році. Натомість, як вважається, випаровування буде спричинене інтенсивним рентгенівським та надзвичайно ультрафіолетовим випромінюванням від материнської зірки, У 20 разів могутніше, ніж у власного Сонця. Враховуючи також, що HD 189733b - це планета-гігант, дуже близька до своєї зірки, то вона повинна зазнати дози рентгенівських променів у 3 мільйони разів вище, ніж Земля.
Оскільки рентгенівські випромінювання та надзвичайні ультрафіолетові зірки нагрівають атмосферу планети та, ймовірно, рухають її втечу, команда також контролювала зірку за допомогою рентгенівського телескопа Свіфта (XRT). 7 вересня 2011 року, лише за вісім годин до того, як Хаббл планував спостерігати за транзитом, Свіфт спостерігав за зіркою, коли вона розв’язала потужний спалах. На рентгенограмі він збільшився в 3,6 рази - спайк, що виникає на рівні викидів, які вже перевищували сонячне.
"Близькість планети до зірки означає, що її вразив вибух рентгенівських променів у десятки тисяч разів сильніше, ніж страждає Земля навіть під час сонячного спалаху класу X, найсильнішої категорії", - сказав співавтор Пітер Вітлі, фізик з університету Уоріка в Англії.
Після обліку величезних розмірів планети, команда зазначає, що HD 189733b зіткнувся приблизно в 3 мільйони разів більше рентгенівських променів, ніж Земля отримує від сонячної спалаху на порозі класу X.
"Рентгенівські випромінювання - це невелика частина загального випуску зірки, але саме ця частина є достатньо енергетичною для руйнування випаровування атмосфери", - сказав співавтор Пітер Вітлі з Університету Уорік, Великобританія. "Це було найяскравішим рентгенівським спалахом HD 189733A з кількох спостережуваних на сьогоднішній день, і, мабуть, дуже ймовірно, що вплив цього спалаху на планету призвело до випаровування, яке спостерігалося через кілька годин із Хабблом".
Команда також заявила, що зміни у виході зірки можуть означати, що вона зазнає сезонного процесу, схожого на 11-річний цикл сонячних плям Сонця.
Команда сподівається уточнити зміни, до яких вони стали свідками, використовуючи майбутні спостереження за допомогою рентгенівського космічного телескопа Хаббла та ESA XMM-Newton, але кажуть, що немає сумніву в тому, що планету вдарило зоряне спалах, і немає питання про те, що швидкість випаровування атмосфера планети підірвалася.
Це дослідження показує переваги спільних досліджень між місіями, коли Свіфт побачив спалах, а Хаббл побачив величезну кількість газу, вибитого з атмосфери планети. Це також дає потенціал для майбутніх досліджень, спостерігати за змінами як у зірки, так і в атмосфері інших світів.
Це відео з Центру космічних польотів NASA Goddard надає додаткову інформацію:
Заголовок зображення: Подання цього художника ілюструє випаровування атмосфери HD 189733b у відповідь на потужне виверження з боку його приймаючої зірки. Космічний телескоп Хаббл НАСА виявив гази, що випливають, і супутник Свіфта НАСА відловив зоряний спалах. Кредит: Центр космічних польотів NASA Goddard.
Підпис другого зображення: Ультрафіолетовий / оптичний телескоп "Свіфт" зафіксував цей вигляд зірки HD 189733b 14 вересня 2011 р. Зображення становить 6 аркумінут поперек. Кредит: NASA / Свіфт / Стефан Іммлер
