Seit seiner Entdeckung im Jahr 2005 ist der Exoplanet HD 189733b aufgrund seiner Größe, seiner kompakten Umlaufbahn, seiner Nähe zur Erde und seiner verlockenden Atmosphäre mit blauem Himmel einer der am häufigsten beobachteten zusätzlichen Sonnenplaneten. Aber Astronomen, die das Hubble-Weltraumteleskop und das Swift-Teleskop verwenden, haben dramatische Veränderungen in der oberen Atmosphäre des Planeten nach einem heftigen Aufflackern seiner Eltern erlebt, das den Planeten in intensive Röntgenstrahlung tauchte. Die Wissenschaftler sagen, dass die Möglichkeit, die Aktion zu beobachten, einen verlockenden Einblick in das sich ändernde Klima und Wetter auf Planeten außerhalb unseres Sonnensystems gibt.
Während HD 189733b einen blauen Himmel wie die Erde hat, ist es einer der vielen „heißen Jupiter“, die für Exoplanetenjäger am einfachsten zu finden waren: riesige Gasplaneten, die extrem nahe an ihrem Stern kreisen. HD 189733 liegt sehr nahe an seinem Stern, genannt HD 189733A, nur ein Dreißigstel der Entfernung der Erde von der Sonne und peitscht in 2,2 Tagen um den Stern. Außerdem ist das System nur 63 Lichtjahre entfernt, so nah, dass sein Stern mit einem Fernglas in der Nähe des berühmten Hantelnebels gesehen werden kann.
Obwohl sein Stern etwas kleiner und kühler als die Sonne ist, ist das Klima des Planeten mit über 1000 Grad Celsius außergewöhnlich heiß und die obere Atmosphäre wird von energetischer extrem ultravioletter Strahlung und Röntgenstrahlung geschlagen.
Obwohl nicht angenommen wurde, dass die Atmosphäre von HD 189733b verdunstet (wie ein ähnlicher Exoplanet namens Osiris oder HD 209458b), wussten die Astronomen, dass das Potenzial vorhanden war. Die atmosphärischen Gase erstrecken sich weit über die planetare „Oberfläche“ hinaus und lassen Sternlicht durch, und in früheren Beobachtungen konnten Astronomen einen Blick darauf werfen, welche chemischen Verbindungen HD 189733b umgeben. Aus dieser Analyse folgerten die Wissenschaftler, dass Wasser und Methan in der Atmosphäre enthalten sind. und später kartierte das Spitzer-Weltraumteleskop sogar die Temperaturverteilung rund um den Globus. Zusätzliche Untersuchungen zeigten, dass in der oberen Atmosphäre von HD 189733b eine dünne Partikelschicht vorhanden ist, die dünne reflektierende Wolken erzeugt.
Der Astronom Alain Lecavelier des Etangs vom Pariser Institut für Astrophysik in Frankreich leitete ein Team, das Hubble verwendete, um die Atmosphäre dieses Planeten in zwei Perioden Anfang 2010 und Ende 2011 zu beobachten, als er sich gegen seinen Mutterstern abzeichnete. Während die Atmosphäre des Planeten auf diese Weise von hinten beleuchtet wird, prägt sie ihre chemische Signatur in das Sternenlicht ein, sodass Astronomen entschlüsseln können, was auf Skalen geschieht, die zu klein sind, um sie direkt abzubilden. Sie hatten gehofft, die Atmosphäre verschwinden zu sehen, waren aber 2010 enttäuscht.
"Die ersten Beobachtungen waren tatsächlich enttäuschend", sagte Lecavelier, "da sie überhaupt keine Spur der Atmosphäre des Planeten zeigten. Wir haben erst festgestellt, dass wir auf etwas Interessanteres gestoßen sind, als die zweite Reihe von Beobachtungen einging. “
Die Follow-up-Beobachtungen des Teams aus dem Jahr 2011 zeigten eine dramatische Veränderung, mit deutlichen Anzeichen dafür, dass eine Gaswolke mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1000 Tonnen pro Sekunde und einer Geschwindigkeit von 300.000 Meilen pro Stunde vom Planeten geblasen wurde, was dem Planeten eine a kometenähnliches Aussehen.
"Wir hatten nicht nur bestätigt, dass die Atmosphäre einiger Planeten verdunstet", sagte Lecavelier, "wir hatten beobachtet, wie sich die physikalischen Bedingungen in der verdampfenden Atmosphäre im Laufe der Zeit ändern. Das hatte noch niemand gemacht. “
Warum änderte sich der Zustand der Atmosphäre?
Trotz der extremen Temperatur des Planeten ist die Atmosphäre nicht heiß genug, um mit der im Jahr 2011 beobachteten Geschwindigkeit zu verdampfen. Stattdessen wird angenommen, dass die Verdunstung durch die intensive Röntgenstrahlung und die extrem ultraviolette Strahlung des Muttersterns ausgelöst wird 20 mal stärker als die unserer eigenen Sonne. Berücksichtigt man auch, dass HD 189733b ein riesiger Planet ist, der seinem Stern sehr nahe ist, muss er eine 3-Millionen-mal höhere Röntgendosis als die Erde erleiden.
Da Röntgenstrahlen und extremes ultraviolettes Sternenlicht die Atmosphäre des Planeten erwärmen und wahrscheinlich seine Flucht vorantreiben, überwachte das Team den Stern auch mit Swifts Röntgenteleskop (XRT). Am 7. September 2011, nur acht Stunden bevor Hubble den Transit beobachten sollte, überwachte Swift den Stern, als er eine mächtige Fackel auslöste. Bei Röntgenstrahlen wurde es um das 3,6-fache aufgehellt, ein Anstieg auf Emissionswerten, die bereits größer waren als die der Sonne.
"Die Nähe des Planeten zum Stern bedeutet, dass er von einer zehntausendmal stärkeren Röntgenstrahlung getroffen wurde, als die Erde selbst während einer Sonneneruption der X-Klasse, der stärksten Kategorie, erleidet", sagte Co-Autor Peter Wheatley. ein Physiker an der Universität von Warwick in England.
Nach Berücksichtigung der enormen Größe des Planeten stellt das Team fest, dass HD 189733b etwa 3 Millionen Mal so viele Röntgenstrahlen wie die Erde von einer Sonneneruption an der Schwelle der X-Klasse erhalten hat.
"Röntgenemissionen sind ein kleiner Teil der Gesamtleistung des Sterns, aber es ist der Teil, der energiereich genug ist, um die Verdunstung der Atmosphäre voranzutreiben", sagte Co-Autor Peter Wheatley von der University of Warwick in Großbritannien. "Dies war die hellste Röntgenfackel aus HD 189733A von mehreren bisher beobachteten, und es ist sehr wahrscheinlich, dass die Auswirkungen dieser Fackel auf den Planeten die Verdunstung trieben, die einige Stunden später bei Hubble beobachtet wurde."
Das Team sagte auch, dass die Änderungen in der Leistung des Sterns bedeuten könnten, dass er einen saisonalen Prozess durchläuft, der dem 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus der Sonne ähnelt.
Das Team hofft, die Veränderungen, die es beobachtet hat, anhand zukünftiger Beobachtungen mit Hubble und dem XMM-Newton-Röntgenraumteleskop der ESA zu klären. Es steht jedoch außer Frage, dass der Planet von einer Sternfackel getroffen wurde, und keine Frage, dass die Verdunstungsrate von Die Atmosphäre des Planeten schoss in die Höhe.
Diese Forschung zeigt die Vorteile der gemeinsamen Forschung zwischen Missionen, als Swift die Fackel sah und Hubble die massive Menge an Gas sah, die aus der Atmosphäre des Planeten gestrippt wurde. Es bietet auch Potenzial für zukünftige Forschungen, um nach Veränderungen sowohl im Stern als auch in der Atmosphäre anderer Welten zu suchen.
Dieses Video vom Goddard Spaceflight Center der NASA bietet zusätzliche Informationen:
Bildunterschrift: Das Rendering dieses Künstlers zeigt die Verdunstung der Atmosphäre von HD 189733b als Reaktion auf einen starken Ausbruch seines Wirtssterns. Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA entdeckte die austretenden Gase und der Swift-Satellit der NASA fing die Sternfackel auf. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA.
Zweite Bildunterschrift: Swifts ultraviolettes / optisches Teleskop hat diese Ansicht des Sterns von HD 189733b am 14. September 2011 aufgenommen. Das Bild hat einen Durchmesser von 6 Bogenminuten. Bildnachweis: NASA / Swift / Stefan Immler
