Desde sua descoberta em 2005, o exoplaneta HD 189733b tem sido um dos planetas solares extras mais observados, devido ao seu tamanho, órbita compacta, proximidade da Terra e atmosfera sedutora do céu azul. Mas os astrônomos que usam o Telescópio Espacial Hubble e o Telescópio Swift testemunharam mudanças dramáticas na atmosfera superior do planeta, após um surto violento de seus pais, que banhou o planeta em intensa radiação de raios-X. Os cientistas dizem que ser capaz de assistir à ação oferece um vislumbre tentador das mudanças do clima e do tempo nos planetas fora do nosso Sistema Solar.
Embora o HD 189733b tenha um céu azul como a Terra, é um dos muitos "Júpiteres quentes" que foram os mais fáceis de encontrar pelos caçadores de exoplanetas: enormes planetas a gás que orbitam extremamente perto de sua estrela. A HD 189733 fica extremamente próxima de sua estrela, chamada HD 189733A, a apenas um trigésimo da distância entre a Terra e o Sol, girando em torno da estrela em 2,2 dias. Além disso, o sistema está a apenas 63 anos-luz de distância, tão próximo que sua estrela pode ser vista com binóculos perto da famosa nebulosa Dumbbell.
Mesmo que sua estrela seja um pouco menor e mais fria que o Sol, isso torna o clima do planeta excepcionalmente quente, acima de 1000 graus Celsius, e a atmosfera superior é atingida por radiação ultravioleta e raios-X extremos.
Mesmo que a atmosfera do HD 189733b não estivesse evaporando (como um exoplaneta semelhante chamado Osiris, ou HD 209458b), os astrônomos sabiam que o potencial estava lá. Os gases atmosféricos se estendem muito além da “superfície” planetária, permitindo a passagem de luz estelar, e em observações anteriores os astrônomos conseguiram dar uma espiada no que os compostos químicos cercam o HD 189733b. A partir dessa análise, os cientistas deduziram que a água e o metano estão contidos na atmosfera; e mais tarde, o telescópio espacial Spitzer até mapeou a distribuição de temperatura ao redor do globo. Pesquisas adicionais indicaram que existe uma fina camada de partículas na atmosfera superior da HD 189733b, criando finas nuvens refletivas.
O astrônomo Alain Lecavelier des Etangs, do Instituto de Astrofísica de Paris, na França, liderou uma equipe que utilizava o Hubble para observar a atmosfera deste planeta durante dois períodos no início de 2010 e no final de 2011, em silhueta contra sua estrela-mãe. Embora iluminada dessa maneira, a atmosfera do planeta imprime sua assinatura química na luz das estrelas, permitindo que os astrônomos decodifiquem o que está acontecendo em escalas muito pequenas para serem visualizadas diretamente. Eles esperavam observar a atmosfera evaporando, mas ficaram desapontados em 2010.
"O primeiro conjunto de observações foi realmente decepcionante", disse Lecavelier, "já que não mostravam nenhum traço da atmosfera do planeta. Só percebemos que havíamos achado algo mais interessante quando o segundo conjunto de observações chegou. ”
As observações de acompanhamento da equipe, feitas em 2011, mostraram uma mudança dramática, com sinais claros de uma nuvem de gás sendo lançada do planeta a uma taxa de pelo menos 1000 toneladas por segundo, a velocidades de 300.000 mph, dando ao planeta uma aparência de cometa.
"Nós não tínhamos acabado de confirmar que a atmosfera de alguns planetas evapora", disse Lecavelier, "vimos as condições físicas na atmosfera em evaporação variarem ao longo do tempo. Ninguém tinha feito isso antes.
Então, por que a condição da atmosfera estava mudando?
Apesar da temperatura extrema do planeta, a atmosfera não está quente o suficiente para evaporar na taxa observada em 2011. Em vez disso, acredita-se que a evaporação seja impulsionada pelo intenso raio X e radiação ultravioleta extrema da estrela-mãe, que é aproximadamente 20 vezes mais poderoso que o nosso próprio sol. Levando em conta também que o HD 189733b é um planeta gigante muito próximo de sua estrela, deve sofrer uma dose de raios X 3 milhões de vezes maior que a Terra.
Como os raios X e a luz ultravioleta extrema das estrelas aquecem a atmosfera do planeta e provavelmente conduzem a sua fuga, a equipe também monitorou a estrela com o telescópio de raios X de Swift (XRT). Em 7 de setembro de 2011, apenas oito horas antes do Hubble ter agendado para observar o trânsito, Swift estava monitorando a estrela quando desencadeou uma forte explosão. Brilhou 3,6 vezes em raios-X, um pico ocorrendo acima dos níveis de emissão que já eram maiores que os do sol.
"A proximidade do planeta com a estrela significa que foi atingida por uma explosão de raios X dezenas de milhares de vezes mais forte do que a Terra sofre, mesmo durante uma explosão solar da classe X, a categoria mais forte", disse o co-autor Peter Wheatley, um físico da Universidade de Warwick, na Inglaterra.
Depois de contabilizar o enorme tamanho do planeta, a equipe observa que o HD 189733b encontrou cerca de 3 milhões de vezes mais raios-X que a Terra recebe de um clarão solar no limiar da classe X.
"As emissões de raios X são uma pequena parte da produção total da estrela, mas é a parte com energia suficiente para impulsionar a evaporação da atmosfera", disse o co-autor Peter Wheatley, da Universidade de Warwick, no Reino Unido. "Este foi o surto de raios X mais brilhante do HD 189733A de vários observados até o momento, e parece muito provável que o impacto desse surto no planeta tenha causado a evaporação observada algumas horas depois com o Hubble."
A equipe também disse que as mudanças na produção da estrela podem significar que ela passa por um processo sazonal semelhante ao ciclo solar de 11 anos da Sun.
A equipe espera esclarecer as mudanças que testemunhou usando observações futuras com o telescópio espacial de raios-X XMM-Newton da ESA, mas diz que não há dúvida de que o planeta foi atingido por uma explosão estelar e que a taxa de evaporação a atmosfera do planeta disparou.
Esta pesquisa mostra os benefícios da pesquisa colaborativa entre missões, como Swift viu a labareda, e o Hubble viu a enorme quantidade de gás retirada da atmosfera do planeta. Também oferece potencial para pesquisas futuras, para observar mudanças nas estrelas e na atmosfera de outros mundos.
Este vídeo do Goddard Spaceflight Center da NASA fornece informações adicionais:
Legenda da imagem principal: A renderização deste artista ilustra a evaporação da atmosfera da HD 189733b em resposta a uma erupção poderosa de sua estrela hospedeira. O Telescópio Espacial Hubble da NASA detectou os gases que escapam e o satélite Swift da NASA captou o brilho estelar. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA.
Segunda legenda da imagem: O telescópio óptico / ultravioleta de Swift capturou essa visão da estrela da HD 189733b em 14 de setembro de 2011. A imagem tem 6 minutos de arco de diâmetro. Crédito: NASA / Swift / Stefan Immler
