Sinds zijn ontdekking in 2005 is exoplanet HD 189733b een van de meest waargenomen extra zonneplaneten vanwege zijn grootte, compacte baan, nabijheid van de aarde en de verleidelijke blauwe luchtatmosfeer. Maar astronomen die de Hubble-ruimtetelescoop en de Swift-telescoop gebruiken, zijn getuige geweest van dramatische veranderingen in de bovenste atmosfeer van de planeet na een gewelddadige uitbarsting van de ouder die de planeet in intense röntgenstraling heeft gebaad. De wetenschappers zeggen dat het kunnen zien van de actie een verleidelijke glimp geeft van de veranderende klimaten en het weer op planeten buiten ons zonnestelsel.
Hoewel HD 189733b een blauwe lucht heeft zoals de aarde, is het een van de vele 'hete Jupiters' die exoplaneetjagers het gemakkelijkst hebben gevonden: enorme gasplaneten die extreem dicht bij hun ster cirkelen. HD 189733 ligt extreem dicht bij zijn ster, genaamd HD 189733A, slechts een dertigste van de afstand van de aarde tot de zon en zwaait in 2,2 dagen rond de ster. Bovendien is het systeem slechts 63 lichtjaar van ons verwijderd, zo dichtbij dat de ster kan worden gezien met een verrekijker in de buurt van de beroemde halternevel.
Hoewel de ster iets kleiner en koeler is dan de zon, maakt dit het klimaat van de planeet uitzonderlijk heet, boven de 1000 graden Celsius, en wordt de bovenste atmosfeer gehavend door energetische extreme ultraviolette en röntgenstraling.
Hoewel de atmosfeer van HD 189733b niet werd verdampt (zoals een vergelijkbare exoplaneet genaamd Osiris of HD 209458b) wisten astronomen dat het potentieel er was. De atmosferische gassen reiken tot ver buiten het planetaire "oppervlak" waardoor stellair licht kan passeren, en in eerdere waarnemingen konden astronomen een kijkje nemen in welke chemische verbindingen HD 189733b omringen. Uit deze analyse leidden wetenschappers af dat water en methaan zich in de atmosfeer bevinden; en later bracht de Spitzer-ruimtetelescoop zelfs de temperatuurverdeling over de hele wereld in kaart. Aanvullend onderzoek wees uit dat er een dunne laag deeltjes bestaat in de bovenste atmosfeer van HD 189733b, waardoor dunne reflecterende wolken ontstaan.
Astronoom Alain Lecavelier des Etangs van het Parijse Instituut voor Astrofysica in Frankrijk leidde begin 2010 en eind 2011 een team dat Hubble gebruikte om de atmosfeer van deze planeet te observeren gedurende twee perioden, terwijl het werd afgetekend tegen zijn moederster. Op deze manier verlicht, drukt de atmosfeer van de planeet zijn chemische handtekening op het sterrenlicht, waardoor astronomen kunnen decoderen wat er gebeurt op schalen die te klein zijn om rechtstreeks in beeld te brengen. Ze hoopten de atmosfeer te zien verdampen, maar waren in 2010 teleurgesteld.
'De eerste reeks observaties waren eigenlijk teleurstellend', zei Lecavelier, 'omdat ze helemaal geen spoor van de atmosfeer van de planeet vertoonden. We realiseerden ons pas dat we op iets interessants waren gestuit toen de tweede reeks waarnemingen binnenkwam. '
De follow-upwaarnemingen van het team, gemaakt in 2011, toonden een dramatische verandering, met duidelijke tekenen van een gaspluim die met een snelheid van ten minste 1000 ton per seconde van de planeet werd geblazen, met snelheden van 300.000 mph, waardoor de planeet een komeetachtig uiterlijk.
"We hadden niet alleen bevestigd dat de atmosfeer van sommige planeten verdampt," zei Lecavelier, "we hadden gezien hoe de fysieke omstandigheden in de verdampende atmosfeer in de loop van de tijd veranderden. Niemand had dat eerder gedaan. '
Dus waarom veranderde de toestand van de atmosfeer?
Ondanks de extreme temperatuur van de planeet, is de atmosfeer niet heet genoeg om te verdampen met de snelheid die in 2011 werd waargenomen. In plaats daarvan wordt aangenomen dat de verdamping wordt aangedreven door de intense röntgenstraling en extreem ultraviolette straling van de moederster, die ongeveer 20 keer krachtiger dan die van onze eigen zon. Als je er ook rekening mee houdt dat HD 189733b een gigantische planeet is die heel dicht bij zijn ster staat, dan moet hij een röntgendosis van 3 miljoen keer hoger ondergaan dan de aarde.
Omdat röntgenstralen en extreem ultraviolet sterrenlicht de atmosfeer van de planeet verwarmen en waarschijnlijk ontsnappen, heeft het team de ster ook gevolgd met de röntgentelescoop (XRT) van Swift. Op 7 september 2011, slechts acht uur voordat Hubble de doorvoer zou observeren, volgde Swift de ster toen deze een krachtige uitbarsting losliet. Het lichtte 3,6 keer op in röntgenstralen, een piek die optrad bovenop emissieniveaus die al groter waren dan die van de zon.
"De nabijheid van de ster van de planeet betekent dat de planeet tienduizenden maal sterker is dan de aarde, zelfs tijdens een zonnevlam van de X-klasse, de sterkste categorie,", zegt co-auteur Peter Wheatley, een natuurkundige aan de University of Warwick in Engeland.
Na rekening te hebben gehouden met de enorme omvang van de planeet, merkt het team op dat HD 189733b ongeveer 3 miljoen keer zoveel röntgenstralen tegenkwam als de aarde ontvangt van een zonnevlam op de drempel van de X-klasse.
"Röntgenstraling is een klein deel van de totale output van de ster, maar het is het deel dat energetisch genoeg is om de verdamping van de atmosfeer te stimuleren", zegt co-auteur Peter Wheatley van de University of Warwick, in het VK. "Dit was de helderste röntgenflare van HD 189733A van verschillende tot nu toe waargenomen, en het lijkt zeer waarschijnlijk dat de impact van deze flare op de planeet de verdamping een paar uur later bij Hubble veroorzaakte."
Het team zei ook dat de veranderingen in de output van de ster kunnen betekenen dat deze een seizoensgebonden proces ondergaat dat vergelijkbaar is met de zonnevlekcyclus van 11 jaar van de zon.
Het team hoopt de veranderingen die ze hebben gezien te verduidelijken met behulp van toekomstige waarnemingen met Hubble en ESA's XMM-Newton X-ray ruimtetelescoop, maar het lijdt geen twijfel dat de planeet is geraakt door een stellaire gloed en dat de verdampingssnelheid van de atmosfeer van de planeet schoot omhoog.
Dit onderzoek toont de voordelen aan van gezamenlijk onderzoek tussen missies, aangezien Swift de uitbarsting zag en Hubble de enorme hoeveelheid gas uit de atmosfeer van de planeet ontdeed. Het biedt ook potentieel voor toekomstig onderzoek, om te kijken naar veranderingen in zowel de ster als de atmosfeer van andere werelden.
Deze video van NASA's Goddard Spaceflight Center biedt aanvullende informatie:
Bijschrift afbeelding leiden: De weergave van deze kunstenaar illustreert de verdamping van de atmosfeer van HD 189733b als reactie op een krachtige uitbarsting van de gastster. De Hubble-ruimtetelescoop van NASA detecteerde de ontsnappende gassen en de Swift-satelliet van NASA ving de stellaire gloed op. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center.
Bijschrift tweede afbeelding: Swift's ultraviolette / optische telescoop legde dit beeld vast van de ster van HD 189733b op 14 september 2011. Het beeld is 6 boogminuten lang. Krediet: NASA / Swift / Stefan Immler
