Egzoplaneta, która traci swoją atmosferę

Odparowywanie helu z atmosfery egzoplaney WASP-69b. Źródło: Gabriel Perez Diaz, SMM (IAC)

Najnowsze badania przeprowadzone przez naukowców z Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC) pozwoliły odkryć, że olbrzymia egzoplaneta WASP-69b ciągnie za sobą ogon złożony z cząsteczek helu uciekającego z jej pola grawitacyjnego i przyspieszanych przez promieniowanie ultrafioletowe jej gwiazdy. Wyniki prac opublikowano 6 grudnia w periodyku Science.

Do odkrycia atmosfery olbrzyma WASP-69b, naukowcy wykorzystali instrument CARMENES, który jest zainstalowany na 3,5-metrowym teleskopie w Obserwatorium Calar Alto w Almerii w Hiszpanii. Ten spektroskop jednocześnie rejestruje promieniowanie optyczne oraz w bliskiej podczerwieni z wysoką rozdzielczością widmową. Dzięki temu możliwe było odkrycie składu chemicznego atmosfery tej egzoplanety oraz wyciągnięcie wniosków co do prędkości cząsteczek helu opuszczających pole grawitacyjne planety oraz długości ogona jaki one tworzą.

Planetę obserwowano podczas tranzytu, kiedy przechodziła na tle tarczy swojej gwiazdy macierzystej. Podczas tego zdarzenia planeta i jej atmosfera przesłaniają część promieniowania emitowanego przez gwiazdę. “Obserwowaliśmy silniejsze i dłuższe pociemnienie promieniowanie gwiazdy w rejonie widma, w którym hel pochłania promieniowanie” mówi Lisa Nortmann, badaczka z IAC oraz główna autorka artykułu opublikowanego w Science“Dłuższy czas trwania tej absorpcji umożliwił nam ustalić obecność ogona za planetą” dodaje.

Jednak nie są to jedyne wyniki opisane w artykule. Autorzy przeanalizowali w podobny sposób także cztery inne planety. Są to gorące egzoplanety HD 189733b oraz HD 209458b o masie zbliżonej do Jowisza, oraz ekstremalnie gorący olbrzym KELT-9b i ciepła planeta o rozmiarach Neptuna GJ436b. Przeprowadzone analizy nie wykazują obecności rozległych egzosfer helu wokół trzech ostatnich planet, co przeczy wcześniejszym przewidywaniom teoretycznym. Gorący jowisz HD 189733b z drugiej strony charakteryzuje się wyraźnym sygnałem pochłaniania helu, aczkolwiek w tym wypadku otoczka helowa jest bardziej kompaktowa i nie tworzy za planetą helowego ogona.

Badacze zbadali także gwiazdy macierzyste tych pięciu egzoplanet korzystając z teleskopu XMM-Newton. Podczas tych badań odkryto hel w atmosferach tych planet, które otrzymują najwięcej promieniowania rentgenowskiego i ultrafioletowego od swoich gwiazd macierzystych. “To pierwszy, duży krok na drodze do zrozumienia mechanizmów ewolucji atmosfer egzoplanetarnych w czasie oraz  badania rozkładu mas i promieni obserwowanej populacji superziemi i mini-Neptunów” mówi Enric Palle, badacz IAC oraz współautor publikacji.

Wyniki takich badań mogą potwierdzać, że ekstremalne promieniowanie gwiazdy macierzystej może zdzierać gazową otoczkę gazowych olbrzymów (podobnych do Jowisza i Neptuna) i zamieniać je w skaliste planety o gęstości podobnej do gęstości Wenus lub Ziemi. “W przeszłości badania utraty atmosfery, takiej jak obserwujemy w przypadku WASP-69b, opierały się na obserwacjach wodoru w dalekim ultrafiolecie, w rejonie widma, do którego mamy bardzo ograniczony dostęp i na który istotny wpływ ma absorpcja miedzygwiezdna” mówi Michael Salz, badacz z University of Hamburg i pierwszy autor  towarzyszącej publikacji autorstwa tego samego zespołu, skupiającej się na szczegółach odkrycia HD 189722b, która zostanie opublikowana w periodyku Astronomy & Astrophysics. “Nasze wyniki wskazują, że hel jest bardzo obiecującym nowym tracerem do badania ucieczki atmosfer egzoplanetarnych”.

Ta nowa ścieżka badań pozwoli społeczności badaczy specjalizującej się w charakteryzowaniu atmosfer egzoplanetarnych w celu porównywania procesów odparowywania w większej próbce planet i szukania odpowiedzi na pytania takie jak: czy planety o ultra-krótkich okresach orbitalnych w rzeczywistości są odparowanymi jądrami dawnych gorących jowiszów?

Instrument CARMENES został opracowany przez konsorcjum jedenastu hiszpańskich i niemieckich instytucji, wśród których znajduje się IAC. Został zaprojektowany do poszukiwania planet typu ziemskiego e ekosferze gwiazd klasy M.