بررسی اتمسفر فرار HAT-P-11b

اتمسفر سیارات نزدیک به ستاره میزبانشان پدیده نادری است. مشاهدات جدید تلسکوپ فضایی هابل حاکی از اتمسفر سیارات فراخورشیدی نپتون مانند است، که از بین رفته است.

تصور هنری از سیاره فراخورشیدی HAT-P-11b و ستاره میزبان آن.

Harvard Center for Astrophysics/D. Aguilar

تبخیر در محل

سیارات کوچک مشاهده شده که مدار نزدیکی به ستاره میزبان خود دارند را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد:

تعدادی که دارای شعاع کمتر از 1.5 برابر شعاع زمین هستند، به نظر می‌رسد که عمدتا دارای هسته سنگی بوده با اتمسفر کم یا بدون اتمسفر می‌باشند.

تعدادی که دارای شعاع بزرگتر از 2 برابر شعاع زمین هستند، تصور می‌شود که مقداری از اتم‌های هیدروژن و هلیوم خود را حفظ کرده‌اند.

چه چیزی باعث تفاوت بین این دو می‌شود؟

ما فکر می‌کنیم که تمام سیارات فراخورشیدی نزدیک، توسط اشعه پرانرژی ستاره‌های میزبانشان ساخته شده‌اند. این تابش می‌تواند اتمسفر اولیه را از بین ببرد – و برای سیاره کوچک، تنها هسته‌های سنگی آن باقی می‌ماند.

در یک مطالعه جدید، دانشمند مگان منسفیلد (دانشگاه شیکاگو) و همکارانش تنها یک چیز را به نمایش گذاردند: مشاهدات اتمسفر فرار سیاره فراخورشیدی HAT-P-11b.

مشاهدات نپتون داغ

تصویر هنری از WASP-107b، اولین سیاره‌ای که هلیوم را از اتمسفر خود منتشر می‌کرد، توسط تلسکوپ هابل کشف شد. ESA / Hubble، NASA، M. Kornmesser

HAT-P-11b یک سیاره فراخورشیدی بزرگ به اندازه نپتون است که نزدیک ستاره میزبان خود در فاصله حدود 120 سال نوری زمین قرار گرفته است. با استفاده از هابل، منسفیلد و همکاران، فرار هلیوم را از اتمسفر HAT-P-11b کشف کردند – این دومین سیاره‌ای است که با این مشخصات توسط هابل کشف شد (اولین سیاره WASP 107-b بود) و یکی از تعداد انگشت‌شماری از سیاراتی است که ما شاهد علائم فرار اتمسفر آنها بوده‌ایم.

با مقایسه این مشاهدات با مدل‌ها، منسفیلد و همکاران تخمین می‌زنند که HAT-P-11b وزنش را با میزان تقریبا 109-1011 گرم در ثانیه از دست داده است. این میزان، در حالی که بالا است، هنوز هم به اندازه کافی کم است چونکه این سیاره فقط چند درصد از جرم خود را در طول تاریخ از دست داده است، ترک ترکیب اصلی این سیاره تا حد زیادی آن را تحت تاثیر قرار داده است. این امر با آنچه که ما برای اندازه یک سیاره آن انتظار داریم، سازگار است: از آنجایی که بزرگتر از 2 برابر زمین است، باید مقداری از اتمسفر هیدروژن و هلیوم خودش را حفظ کند.

یک رویکرد جدید

طیف باریک HAT-P-11b (نقاط آبی و خاکستری) در مقایسه با سه مدل 1D فرار هیدرودینامیکی (خط قرمز، سبز و نارنجی). منسفیلد و همکاران 2018

چرا تشخیص فرار هلیم  مهم است؟

مشاهداتی مانند این نشان دهنده یک روش جدید برای کشف اتمسفر سیارات فراخورشیدی است! فرار هليومي كه از HAT-P-11b تشخيص داده شده بود، به عنوان روشي براي مطالعه فرار اتمسفر بود، اما تا زماني كه مشاهدات هابل در اتمسفر WASP 107-b صورت نگرفته بود، پتانسيل اين رويكرد باقی مانده بود.

در حال حاضر دو سیاره با این سیگنال خاص مشاهده شده است – و سیگنال HAT-P-11b با ابزار CARMENES در اسپانیا تأیید شده است، و اولین بار نشان داده شده است که همان امضاء photoevaporation توسط زمین و فضا شناسایی شده است.

مشاهدات آینده – از هر دو ابزار موجود و مشاهدات آینده تلسکوپ فضایی جیمز وب – امیدوارم ادامه یابد تا چگونگی تبخیر اتمسفر سیارات فراخورشیدی کوچک مشخص شود.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Exploring the Escaping Atmosphere of HAT-P-11b

By: AAS Nova | December 24, 2018

https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/exoplanets/exploring-the-escaping-atmosphere-of-hat-p-11b/