Desde su descubrimiento en 2005, el exoplaneta HD 189733b ha sido uno de los planetas solares extra más observados, debido a su tamaño, órbita compacta, proximidad a la Tierra y atmósfera tentadora de cielo azul. Pero los astrónomos que usan el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Swift han sido testigos de cambios dramáticos en la atmósfera superior del planeta después de una llamarada violenta de su padre que bañó al planeta en una intensa radiación de rayos X. Los científicos dicen que poder ver la acción da una visión tentadora de los climas y el clima cambiantes en los planetas fuera de nuestro Sistema Solar.
Si bien HD 189733b tiene un cielo azul como la Tierra, es uno de los muchos "Júpiter calientes" que han sido más fáciles de encontrar para los cazadores de exoplanetas: enormes planetas gaseosos que orbitan extremadamente cerca de su estrella. HD 189733 se encuentra extremadamente cerca de su estrella, llamada HD 189733A, solo una trigésima parte de la distancia de la Tierra al Sol, girando alrededor de la estrella en 2.2 días. Además, el sistema está a solo 63 años luz de distancia, tan cerca que se puede ver su estrella con binoculares cerca de la famosa Nebulosa Dumbbell.
A pesar de que su estrella es un poco más pequeña y más fría que el Sol, esto hace que el clima del planeta sea excepcionalmente cálido, a más de 1000 grados Celsius, y la atmósfera superior está maltratada por la radiación energética ultravioleta extrema y de rayos X.
Aunque no se pensaba que la atmósfera de HD 189733b se evaporara (como un exoplaneta similar llamado Osiris o HD 209458b), los astrónomos sabían que el potencial estaba allí. Los gases atmosféricos se extienden mucho más allá de la "superficie" planetaria permitiendo que pase la luz estelar, y en observaciones anteriores los astrónomos pudieron echar un vistazo a los compuestos químicos que rodean a HD 189733b. De este análisis, los científicos dedujeron que el agua y el metano están contenidos en la atmósfera; y más tarde, el telescopio espacial Spitzer incluso mapeó la distribución de temperatura en todo el mundo. Investigaciones adicionales indicaron que existe una delgada capa de partículas en la atmósfera superior de HD 189733b, creando delgadas nubes reflectantes.
El astrónomo Alain Lecavelier des Etangs del Instituto de Astrofísica de París en Francia dirigió un equipo que usaba Hubble para observar la atmósfera de este planeta durante dos períodos a principios de 2010 y finales de 2011, ya que se recortaba contra su estrella madre. Mientras está retroiluminada de esta manera, la atmósfera del planeta imprime su firma química en la luz de las estrellas, lo que permite a los astrónomos decodificar lo que está sucediendo en escalas que son demasiado pequeñas para obtener imágenes directamente. Esperaban observar que la atmósfera se evaporaba, pero se decepcionaron en 2010.
"El primer conjunto de observaciones fue realmente decepcionante", dijo Lecavelier, "ya que no mostraron ningún rastro de la atmósfera del planeta en absoluto. Solo nos dimos cuenta de que habíamos encontrado algo más interesante cuando llegó el segundo conjunto de observaciones ”.
Las observaciones de seguimiento del equipo, realizadas en 2011, mostraron un cambio dramático, con claros signos de una nube de gas que sale del planeta a una velocidad de al menos 1000 toneladas por segundo, a velocidades de 300,000 mph, lo que le da al planeta una Apariencia de cometa.
"No acabábamos de confirmar que las atmósferas de algunos planetas se evaporan", dijo Lecavelier, "vimos que las condiciones físicas en la atmósfera en evaporación varían con el tiempo. Nadie había hecho eso antes ".
Entonces, ¿por qué estaba cambiando la condición de la atmósfera?
A pesar de la temperatura extrema del planeta, la atmósfera no es lo suficientemente caliente como para evaporarse a la velocidad observada en 2011. En cambio, se cree que la evaporación es impulsada por los rayos X intensos y la radiación ultravioleta extrema de la estrella madre, que es aproximadamente 20 veces más poderoso que el de nuestro propio Sol. Teniendo en cuenta también que HD 189733b es un planeta gigante muy cercano a su estrella, entonces debe sufrir una dosis de rayos X 3 millones de veces mayor que la Tierra.
Debido a que los rayos X y la luz ultravioleta extrema de la estrella calientan la atmósfera del planeta y probablemente conducen su escape, el equipo también monitoreó la estrella con el telescopio de rayos X (XRT) de Swift. El 7 de septiembre de 2011, justo ocho horas antes de que Hubble programara observar el tránsito, Swift estaba monitoreando la estrella cuando desató una llamarada poderosa. Se iluminó 3.6 veces en los rayos X, un aumento en los niveles de emisión que ya eran mayores que los del sol.
"La proximidad del planeta a la estrella significa que fue golpeado por una explosión de rayos X decenas de miles de veces más fuerte que la Tierra sufre incluso durante una llamarada solar de clase X, la categoría más fuerte", dijo el coautor Peter Wheatley, Físico de la Universidad de Warwick en Inglaterra.
Después de tener en cuenta el enorme tamaño del planeta, el equipo observa que HD 189733b encontró aproximadamente 3 millones de veces más rayos X que la Tierra recibe de una llamarada solar en el umbral de la clase X.
"Las emisiones de rayos X son una pequeña parte de la producción total de la estrella, pero es la parte que es lo suficientemente energética como para impulsar la evaporación de la atmósfera", dijo el coautor Peter Wheatley, de la Universidad de Warwick, en el Reino Unido. "Este fue el destello de rayos X más brillante de HD 189733A de varios observados hasta la fecha, y parece muy probable que el impacto de este destello en el planeta haya provocado la evaporación vista unas horas más tarde con Hubble".
El equipo también dijo que los cambios en la producción de la estrella pueden significar que se somete a un proceso estacional similar al ciclo de manchas solares de 11 años del Sol.
El equipo espera aclarar los cambios que presenciaron utilizando futuras observaciones con el telescopio espacial de rayos X XMM-Newton de Hubble y la ESA, pero dicen que no hay duda de que el planeta fue golpeado por una llamarada estelar, y no hay duda de que la tasa de evaporación de La atmósfera del planeta se disparó.
Esta investigación muestra los beneficios de la investigación colaborativa entre misiones, ya que Swift vio la bengala, y Hubble vio la enorme cantidad de gas eliminado de la atmósfera del planeta. También ofrece potencial para futuras investigaciones, para observar los cambios tanto en la estrella como en las atmósferas de otros mundos.
Este video del Goddard Spaceflight Center de la NASA proporciona información adicional:
Título de imagen principal: La representación de este artista ilustra la evaporación de la atmósfera de HD 189733b en respuesta a una poderosa erupción de su estrella anfitriona. El telescopio espacial Hubble de la NASA detectó los gases que escapan y el satélite Swift de la NASA captó la llamarada estelar. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.
Título de la segunda imagen: El telescopio ultravioleta / óptico de Swift capturó esta vista de la estrella de HD 189733b el 14 de septiembre de 2011. La imagen tiene 6 minutos de arco de ancho. Crédito: NASA / Swift / Stefan Immler
