Miklar breytingar sjást á fjarlægri reikistjörnu

Sævar Helgi Bragason 28. jún. 2012 Fréttir

Stjörnufræðingar sáu nýverið lofthjúp fjarlægrar reikistjörnu rjúka út í geiminn í kjölfar öflugs sólblossa frá móðurstjörnunni

  • HD 189733b, fjarreikistjarna

Stjörnufræðingar sáu nýverið miklar breytingar í efri lögum lofthjúps fjarlægrar reikistjörnu með hjálp Hubblessjónauka NASA og ESA. Í kjölfar öflugs sólblossa móðurstjörnunnar, sem umlukti reikistjörnuna í mikilli röntgengeislun, gufaði upp hluti lofthjúpsins. Athuganirnar gefa innsýn í breytilegt loftslag og veður á reikistjörnum utan sólkerfisins.

Stjörnufræðingurinn Alain Lecavelier des Etangs (CNRS-UPMC í Frakklandi) og hópur hans, beittu Hubblessjónaukanum til að kanna lofthjúp fjarreikistjörnunnar HD 189733b [1]. Það gerðu þeir á tveimur tímabilum á árunum 2010 og 2011 þegar reikistjörnuna bar fyrir móðurstjörnuna [2]. Með stjörnuna í bakgrunni skilur reikistjarnan eftir fingrafar lofthjúpsins í sólarljósinu. Rannsóknir á ljósinu gera stjörnufræðingum kleift að greina hvað hendir á kvarða sem er of smár fyrir beina ljósmyndun. Þessar mælingar eru gerðar til að staðfesta það sem hópurinn hafði áður séð í öðru sólkerfi: Uppgufun lofthjúps fjarreikistjörnunnar (heic0403).

Á HD 189733b er himininn blár, en þar með lýkur öllum samanburði við jörðu. Reikistjarnan er gasrisi, áþekkur Júpíter, en situr á braut ansi nálægt sinni stjörnu eða í fjarlægð sem nemur einum þrítugasta hluta af vegalengdinni milli jarðar og sólar. Þótt þessi stjarna sé aðeins minni og kaldari en okkar sól, gerir nálægðin lofthjúpinn afar heitan eða um 1.000°C. Í efri loftlögunum er styrkur útfjólublárrar- og röntgengeislunar mikill. Sem slík er hún kjörið rannsóknarefni til að kanna áhrif stjörnu á lofthjúp reikistjörnu.

„Fyrsta gagnasafnið olli vonbriðgðum“, segir Lecavelier, „því þar sáust engin merki um lofthjúp stjörnunnar. Það var ekki fyrr en með seinna gagnasafninu að við áttuðum okkur á því að við höfðum rambað á eitthvað athyglivert.“

Hópurinn fylgdi rannsóknunum eftir árið 2011 og veitti athygli merkjum um gufustróka sem blésu út um 1.000 tonnum á sekúndu. „Við staðfestum ekki eingöngu að lofthjúpar sumra reikistjarna gufi upp“, útskýrir Lecavelier, „við sáum að aðstæðurnar í lofthjúpi sem gufar upp breytast með tímanum. Þeð hefur ekki verið gert áður.“

Næsta spurning er: Af hverju stafa breytingarnar?

Þrátt fyrir gríðarhátt hitastig reikistjörnunnar, er loftjhjúpurinn ekki nógu heitur svo hann gufi upp í sama mæli og hann gerði árið 2011. Sterk röntgeislun og útfjólublá geislun frá móðurstjörnunni HD 189733A, sem er um 20 sinnum öflugri en frá sólinni okkar, er álitin knýja þetta ferli. Athugum að HD 189733b er risareikistjarna mjög nálægt sinni sól svo hún líður 3 milljón sinnum meiri röntgengeislun en jörðin.

Athuganir sem styðja það að uppgufunin sé knúin röntgengeislun voru gerðar samtímis á HD 189733A með Swift gervitunglinu [3], sem getur séð steikjandi röntgengeisla stjarna, ólíkt Hubble. Nokkrum klukkustundum áður en Hubble tók sínar myndir í seinna skiptið, sá Swift afar öfluga hrinu geislunar frá stjörnunni, þar sem birta hennar á röntgensviðinu fjórfaldaðist.

„Röntgengeislun er lítill hluti af útgeislun stjörnunnar, en hún er nógu orkumikil til að knýja uppgufun í lofthjúpnum“, útskýrir Peter Wheatley (University of Warwick, Bretlandseyjum) einn af höfundum greinarinnar. „Þetta var bjartasti röntgenblossinn frá HD 189733A af þeim nokkrum sem áður hafa sést. Þá er mjög líklegt að áhrif blossans hafi knúið uppgufun í lofthjúpnum sem sást nokkrum stundum síðar með Hubble.“

Röntgengeislar eru nógu orkumiklir til að hita gas í efri lögum lofthjúpsins í tugþúsundir gráða. Hitinn verður nægur svo gasið getur sloppið úr þyngdarsviði risareikistjörnunnar. Álíka ferli henda, þó hófsamari, þegar sólblossar frá sólinni okkar skella á jónahvoli jarðarinnar og trufla samskipti. Þótt hópurinn álíti röntgengeislun sennilegustu skýringuna á breytingum í lofhjúpi HD 189733b, eru aðrar skýringar mögulegar. Til að mynda gætu þröskuldsmörk röntgengeislunar stjörunnar hafa aukist milli 2010 og 2011, í árvissum breytingum líkt og í sólblettasveiflu sólarinnar okkar sem spannar 11 ár.

Burtséð frá smáatriðum málsins um það hvað henti nákvæmlega í lofthjúpi HD 189733b, sem hópurinn ætlar að skýra með frekari athugunum gegnum Hubble og XMM-Newton röntgensjónauka ESA, þá er engin spurning um að reikistjörnuna laust stjörnublossi og að streymi gass úr lofthjúpi reikistjörnunnar jókst til muna.

Rannsóknin hefur ekki eingöngu þýðingu fyrir hnetti áþekka Júpíter. Nýlegar uppgötvanir á stórum bergreikistjörnum sem liggja nálægt sínum móðurstjörnum eru álitnar leifar hnatta eins og HD 189733b, eftir algera uppgufun lofthjúpsins [4].

Skýringar

[1] Fjarreikistjarnan HD 189733b er á braut um stjörnuna HD 189733A og er heitur gasrisi. Sú er í 60 ljósára fjarlægð frá jörðu. Heitir gasrisar eru reikistjörnur sem liggja nálægt sínum móðurstjörnum. HD 189733b er sérlega nálægt sinni stjörnu, eða í fjarlægð sem nemur einum þrítugasta af fjarlægðinni milli jarðar og sólar, svo hitastig þar mælast yfir 1.000°C og hverfist um móðurstjörnuna á 53 klukkustundum. Hún er um 10% massameiri en Júpíter. Jafnvel Merkúríus, sem er nálægasta reikistjarnan við sólu, er um 10-falt fjær. Lofthjúpurinn er aðallega úr vetni, sem dreifir stuttum bylgjulengdum ljóss, svo hann ætti að virðast blár. Stjarnan HD 189733A vegur um 80% af massa sólarinnar, er um þrír fjórðu af þvermáli hennar, um 800°C kaldari og ögn rauðari að lit. Hún er hluti tvístirnis með HD 189733B (sem ekki má rugla saman við HD 189733b), en þessi meðreiðarstjarna er nokkur þúsund sinnum fjær HD 189733A, og miklu minni en HD 189733A, svo áhrif hennar á reikistjörnuna eru afar lítil.

[2] Þessi aðferð við að kanna fjarreikistjörnur er hin svokallaða þvergönguaðferð, því hún notfærir sér að reikistjarnan gengur þvert fyrir hlið móðurstjörnunnar. Aðeins lítinn hluta fjarreikistjarna er unnt að kanna með þessu móti, því hún byggir á því að braut fjarreikistjörnunnar gangi einmitt þvert fyrir móðurstjörnuna séð frá okkur. Við þær reikistjörnur sem mögulegt er að beita þvergögnuaðferðinni er hún afar öflugt tól. Athugarnirnar voru gerðar með litrófsrita Hubblessjónaukans, tæki sem verkar líkt og þrístrendingur og brýtur ljós í grunnliti sína. Birta hverrar bylgjulengdar ljóss geymir heilmargt upplýsinga. Þar á meðal um gerð, eiginleika og jafnvel hreyfingar gass, sem það fer í gegnum. Í þessu tilviki, leitaði hópurinn vetnisgass (meginefnisin í lofthjúpi HD 189733b) sem blásið er í burtu.

[3] Swift gervitunglið er alþjóðlegt verkefni sem dregur saman NASA, UK Science and Technology Facilities Council og Italian Space Agency (ASI). Meginhlutverk þess er að finna og greina gammablossa, en röntgensjónaukar og útfjólubláir/sýnilegir sjónaukar eru einnig notaðir til stjarnfræðilegra athugana.

[4] Risajarðir eru flokkur fjarreikistjarna úr bergi sem eru álíka að samsetningu og jörðin, en nokkrum sinnum massameiri. Risajarðir innan lífbeltis sinna stjarna (þar sem hitastigið leyfir fljótandi vatn) eru álitnir góðir staðir fyrir leit að lífir. Fjarreikistjörnurnar Kepler-10b og CoRoT-7b eru flokkaðar sem risajarðir, en eru alltof nálægar svo vatn sé á fljótandi formi. Þær eru taldar hnettir svipaðir HD 189733b, sem hafa misst allan sinn lofthjúp vegna uppgufunar.

Frekari upplýsingar

Hubblessjónaukinn er alþjóðlegt samstarfsverkefni NASA og ESA.

Alþjóðlegt lið stjörnufræðinga sem þátt tóku í rannsókninni skipa A. Lecavelier des Etangs (Institut d’astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France), V. Bourrier (Institut d'astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France), P. J. Wheatley (Department of Physics, University of Warwick, UK), H. Dupuy (Institut d’astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France), D. Ehrenreich (Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble, UJF/CNRS, Grenoble, France), A. Vidal-Madjar (Institut d’astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France), G. Hébrard (Institut d’astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France), G. E. Ballester (Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona, USA), J.-M. Désert (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), R. Ferlet (Institut d’astrophysique de Paris, CNRS, UPMC, France) og D. K. Sing (Astrophysics Group, School of Physics, University of Exeter, UK).

Rannsóknin birtist í greininni „Temporal variations in the evaporating atmosphere of the exoplanet HD189733b“ sem birtist í næsta tölublaði Astronomy and Astrophysics.

Tenglar

Tengiliður

Ottó Elíasson
Háskóla Íslands
Sími: 663-6867
Email: ottoel@stjornuskodun.is

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESA/Hubble heic1209

Tengdar myndir

  • HD 189733b, fjarreikistjarnaÞessi mynd sýnir fjarreikistjörnuna HD 189733b, þegar hún skríður hjá móðurstjörnunni HD 189733A. Tól Hubbles könnuðu kerfið 2010 og 2011 í kjölfar mikils blossa frá stjörnu (sem sést á myndinni). Á eftir blossanum sá Hubble lofthjúp reikistjörunnar gufa upp sem nam 1.000 tonnum á sekúndu. Myndin af stjörnunni er byggð á gögnum frá Solar Dynamics Observatory. Stjarnan vegur um 80% af massa sólarinnar. Mynd: NASA, ESA, L. Calçada
  • HD 189733b, fjarreikistjarnaMyndin sýnir HD 189733 (fyrir miðju). Hubblessjónauki NASA/ESA veitir stjörnufræðingum heillandi innsýn í lofthjúp HD 189733b. Til hægri við stjörnuna er hringþokan Messier 27. Svið myndarinnar spannar hérumbil 0,9 x 0,6 gráður. Mynd: NASA, ESA, og Digitized Sky Survey 2. Þakkir: Davide De Martin (ESA/Hubble)

Tengt myndskeið