2005年の発見以来、太陽系外惑星HD 189733bは、そのサイズ、コンパクトな軌道、地球への近接性、そして魅力的な青空の大気のために、最も観測された太陽系外惑星の1つです。しかし、ハッブル宇宙望遠鏡とスイフト望遠鏡を使用する天文学者は、強力なX線放射で惑星を浴びたその親からの激しいフレアに続いて、惑星の上部大気の劇的な変化を目撃しました。科学者たちは、その行動を観察できることで、太陽系外の惑星の変化する気候や天候の食欲をそそる垣間見ることができると言います。
HD 189733bには地球のような青い空がありますが、それは太陽系外惑星のハンターが見つけるのが最も簡単だった多くの「熱い木星」の1つです：星に非常に近い軌道を回る巨大なガス惑星。 HD 189733はその星に非常に近く、HD 189733Aと呼ばれ、地球から太陽までの距離がわずか30分の1で、2.2日間で星を回っています。さらに、システムはわずか63光年離れているため、有名なダンベル星雲の近くで双眼鏡を使ってその星を見ることができます。
その星は太陽よりもわずかに小さくて涼しいですが、これにより惑星の気候は摂氏1000度を超えるとてつもなく暑くなり、上層部の大気はエネルギーに富んだ極端紫外線とX線の放射に打たれています。
HD 189733bの大気が蒸発しているとは考えられていませんでしたが（OsirisまたはHD 209458bと呼ばれる同様の太陽系外惑星のように）、天文学者はその可能性があることを知っていました。大気ガスは惑星の「表面」をはるかに超えて広がり、恒星の光を通過させます。以前の観測では、天文学者はHD 189733bを取り巻く化学化合物をのぞくことができました。この分析から、科学者たちは水とメタンが大気中に含まれていると推定しました。その後、Spitzer宇宙望遠鏡は、世界中の温度分布をマッピングしました。追加の調査では、HD 189733bの上層大気に粒子の薄層が存在し、反射する薄い雲が作成されていることが示されています。
フランスのパリ宇宙物理学研究所の天文学者アランルカベリエデエタンは、ハッブルを使用してチームを率いて2010年初頭と2011年後半の2つの期間、この惑星の親星に対してシルエットを描いていました。このようにバックライトが照らされている間、惑星の大気は星の光に化学的特徴を刻み込み、天文学者は小さすぎて直接画像化できないスケールで起こっていることを解読することができます。彼らは蒸発する大気を観察することを望んでいたが、2010年に失望した。
「最初の一連の観測は実際に期待外れでした」とレカヴィエは言いました。「彼らは惑星の大気の形跡をまったく示さなかったからです。観察の2番目のセットが入ったとき、私たちはもっと興味深い何かに偶然出会ったことに気づきました。」
2011年に行われたチームのフォローアップの観察は劇的な変化を示し、毎秒1000トンの速度で毎時1000トンの速度で毎秒1000トンの速度でガスのプルームが吹き付けられ、惑星に彗星のような外観。
「一部の惑星の大気が蒸発していることを確認しただけではありませんでした」とLecavelier氏は言います。「蒸発する大気の物理的な状態が時間とともに変化するのを見てきました。誰もそれをしたことがありませんでした。」
では、なぜ大気の状態が変化したのでしょうか。
惑星の極端な温度にもかかわらず、大気は2011年に見られる速度で蒸発するのに十分なほど高温ではありません。代わりに、蒸発は、親星からの強いX線と極端紫外線によって駆動されていると考えられています。私たちの太陽の20倍強力です。 HD 189733bはその星に非常に近い巨大惑星であることも考慮に入れると、地球の300万倍も高いX線量を被るはずです。
X線と極端紫外のスターライトが惑星の大気を加熱し、おそらく脱出を促進するため、チームはSwiftのX線望遠鏡（XRT）で星を監視しました。 2011年9月7日、ハッブルが通過を観測する予定のわずか8時間前に、スウィフトは強力なフレアを放つときに星を監視していました。 X線で3.6倍明るくなりました。これは、すでに太陽よりも高い放出レベルの上に発生するスパイクです。
「惑星が星に近接しているということは、最強のカテゴリーであるXクラスの太陽フレアの最中にさえ、地球が受ける数万倍の強力なX線の爆風に打たれたことを意味します」と共著者のピーターウィートリーは述べたイギリスのウォリック大学の物理学者。
惑星の巨大なサイズを考慮した後、チームは、HD 189733bが、地球がXクラスのしきい値で太陽フレアから受け取るX線の約300万倍のX線に遭遇したことを指摘します。
「X線放出は星の総出力の一部ですが、それは大気の蒸発を促進するのに十分なほどエネルギー的である部分です」と英国のウォーリック大学の共著者ピーターウィートリーは言った。 「これは、これまでに観測されたいくつかのHD 189733Aからの最も明るいX線フレアであり、このフレアの惑星への影響が、ハッブルで数時間後に見られた蒸発を引き起こした可能性が非常に高いようです。」
チームはまた、星の出力の変化は、太陽の11年間の太陽黒点周期と同様の季節的なプロセスを経ることを意味するかもしれないと言いました。
チームは、ハッブルとESAのXMM-ニュートンX線宇宙望遠鏡による将来の観測を使用して、彼らが目撃した変化を明らかにしたいと考えていますが、惑星が恒星のフレアに見舞われたことは間違いありません。惑星の大気が爆発した。
この研究は、Swiftがフレアを観測し、Hubbleが惑星の大気から取り除かれた大量のガスを観測したため、ミッション間の共同研究の利点を示しています。また、星と他の世界の大気の両方の変化を監視することは、将来の研究の可能性を与えます。
NASAのゴダード宇宙飛行センターからのこのビデオは、追加情報を提供します。
リード画像のキャプション： このアーティストのレンダリングは、ホストスターからの強力な噴火に反応してHD 189733bの大気が蒸発したことを示しています。 NASAのハッブル宇宙望遠鏡が逃げるガスを検出し、NASAのスイフト衛星が恒星のフレアを捕らえました。クレジット：NASAのゴダード宇宙飛行センター。
2番目の画像のキャプション：Swiftの紫外/光学望遠鏡は、2011年9月14日にこのHD 189733bの星のこのビューをキャプチャしました。画像は、幅6分です。クレジット：NASA / Swift / Stefan Immler
