Dalla sua scoperta nel 2005, l'esopianeta HD 189733b è stato uno dei pianeti solari extra più osservati, per le sue dimensioni, l'orbita compatta, la vicinanza alla Terra e la seducente atmosfera del cielo blu. Ma gli astronomi che usano l'Hubble Space Telescope e lo Swift Telescope hanno assistito a drammatici cambiamenti nell'atmosfera superiore del pianeta a seguito di un violento bagliore del suo genitore che ha bagnato il pianeta con intense radiazioni a raggi X. Gli scienziati affermano che essere in grado di guardare l'azione dà uno scorcio allettante dei cambiamenti climatici e meteorologici sui pianeti al di fuori del nostro Sistema Solare.
Mentre l'HD 189733b ha un cielo blu come la Terra, è uno dei tanti “Giove caldi” che sono stati i più facili da trovare per i cacciatori di esopianeti: enormi pianeti gassosi che orbitano estremamente vicino alla sua stella. HD 189733 si trova estremamente vicino alla sua stella, chiamata HD 189733A, solo un trentesimo della distanza terrestre dal Sole, che ruota attorno alla stella in 2,2 giorni. Inoltre, il sistema è a soli 63 anni luce di distanza, così vicino che la sua stella può essere vista con il binocolo vicino alla famosa nebulosa con manubri.
Anche se la sua stella è leggermente più piccola e più fredda del Sole, ciò rende il clima del pianeta eccezionalmente caldo, a oltre 1000 gradi Celsius, e l'atmosfera superiore è battuta da energici ultravioletti estremi e radiazioni a raggi X.
Anche se si pensava che l'atmosfera di HD 189733b non stesse evaporando (come un simile esopianeta chiamato Osiride o HD 209458b), gli astronomi sapevano che il potenziale era lì. I gas atmosferici si estendono ben oltre la "superficie" planetaria consentendo il passaggio della luce stellare e, in precedenti osservazioni, gli astronomi sono stati in grado di dare un'occhiata a quali composti chimici circondano HD 189733b. Da questa analisi, gli scienziati hanno dedotto che l'acqua e il metano sono contenuti nell'atmosfera; e in seguito, il telescopio spaziale Spitzer ha persino mappato la distribuzione della temperatura in tutto il mondo. Ulteriori ricerche hanno indicato che esiste un sottile strato di particelle nell'atmosfera superiore dell'HD 189733b, creando sottili nuvole riflettenti.
L'astronomo Alain Lecavelier des Etangs dell'Istituto di astrofisica di Parigi in Francia ha guidato una squadra che utilizzava Hubble per osservare l'atmosfera di questo pianeta durante due periodi all'inizio del 2010 e alla fine del 2011, mentre si stagliava contro la sua stella madre. Mentre retroilluminato in questo modo, l'atmosfera del pianeta imprime la sua firma chimica alla luce delle stelle, consentendo agli astronomi di decodificare ciò che sta accadendo su scale troppo piccole per essere direttamente immaginate. Speravano di osservare l'atmosfera che evaporava via, ma erano delusi nel 2010.
"La prima serie di osservazioni è stata in realtà deludente", ha detto Lecavelier, "dal momento che non hanno mostrato alcuna traccia dell'atmosfera del pianeta. Ci siamo resi conto di esserci imbattuti in qualcosa di più interessante quando è arrivata la seconda serie di osservazioni. ”
Le osservazioni di follow-up del team, fatte nel 2011, hanno mostrato un cambiamento drammatico, con chiari segni di un pennacchio di gas che viene espulso dal pianeta ad una velocità di almeno 1000 tonnellate al secondo, a una velocità di 300.000 mph, dando al pianeta un aspetto simile a una cometa.
"Non avevamo appena confermato che le atmosfere di alcuni pianeti evaporano", ha detto Lecavelier, "abbiamo osservato che le condizioni fisiche nell'atmosfera evaporante variano nel tempo. Nessuno l'aveva mai fatto prima. "
Allora perché le condizioni dell'atmosfera stavano cambiando?
Nonostante l'estrema temperatura del pianeta, l'atmosfera non è abbastanza calda per evaporare alla velocità osservata nel 2011. Invece si pensa che l'evaporazione sia guidata dall'intensa radiografia e radiazione ultravioletta estrema dalla stella madre, che è circa 20 volte più potente di quello del nostro sole. Tenendo conto anche del fatto che HD 189733b è un pianeta gigante molto vicino alla sua stella, quindi deve subire una dose di raggi X 3 milioni di volte più alta della Terra.
Poiché i raggi X e l'estrema luce stellare ultravioletta riscaldano l'atmosfera del pianeta e probabilmente ne guidano la fuga, il team ha anche monitorato la stella con il telescopio a raggi X di Swift (XRT). Il 7 settembre 2011, solo otto ore prima che Hubble fosse programmato per osservare il transito, Swift stava monitorando la stella quando ha scatenato un potente bagliore. Si è schiarito di 3,6 volte nei raggi X, un picco che si verifica in cima a livelli di emissione che erano già maggiori di quelli del sole.
"La stretta vicinanza del pianeta alla stella significa che è stato colpito da un'esplosione di raggi X decine di migliaia di volte più forte di quanto soffra la Terra anche durante un bagliore solare di classe X, la categoria più forte", ha affermato il co-autore Peter Wheatley, un fisico all'Università di Warwick in Inghilterra.
Dopo aver tenuto conto delle enormi dimensioni del pianeta, il team nota che l'HD 189733b ha incontrato circa 3 milioni di volte più raggi X di quanto la Terra riceva da un bagliore solare alla soglia della classe X.
"Le emissioni di raggi X sono una piccola parte della produzione totale della stella, ma è la parte che è abbastanza energetica da favorire l'evaporazione dell'atmosfera", ha affermato il co-autore Peter Wheatley dell'Università di Warwick, nel Regno Unito. "Questo è stato il bagliore a raggi X più luminoso dell'HD 189733A di molti finora osservato, e sembra molto probabile che l'impatto di questo bagliore sul pianeta abbia guidato l'evaporazione vista poche ore dopo con Hubble."
Il team ha anche affermato che i cambiamenti nell'output della stella possono significare che subisce un processo stagionale simile al ciclo delle macchie solari di 11 anni del Sole.
Il team spera di chiarire i cambiamenti a cui hanno assistito usando osservazioni future con Hubble e il telescopio spaziale a raggi X XMM-Newton dell'ESA, ma afferma che non c'è dubbio che il pianeta sia stato colpito da un bagliore stellare, e non c'è dubbio che il tasso di evaporazione di l'atmosfera del pianeta è esplosa.
Questa ricerca mostra i benefici della ricerca collaborativa tra le missioni, dato che Swift ha visto il bagliore e Hubble ha visto l'enorme quantità di gas estratta dall'atmosfera del pianeta. Dà anche il potenziale per la ricerca futura, per guardare ai cambiamenti sia nella stella che nelle atmosfere di altri mondi.
Questo video del Goddard Spaceflight Center della NASA fornisce ulteriori informazioni:
Didascalia immagine principale: Il rendering di questo artista illustra l'evaporazione dell'atmosfera di HD 189733b in risposta a una potente eruzione della sua stella ospite. Il telescopio spaziale Hubble della NASA ha rilevato i gas in fuga e il satellite Swift della NASA ha catturato il bagliore stellare. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA.
Didascalia seconda immagine: Il telescopio ottico / ultravioletto di Swift ha catturato questa visione della stella di HD 189733b il 14 settembre 2011. L'immagine ha una lunghezza di 6 arcminuti. Credito: NASA / Swift / Stefan Immler
