Astronomer har upptäckt en avlägsen planet med ett överflöd av helium i atmosfären, som har svullnat för att likna en uppblåst ballong.

Ett internationellt team av forskare, inklusive Jessica Spake och Dr. David Sing från University of Exeter, har upptäckt den inerta gasen som flyr från atmosfären på exoplaneten HAT-P-11b – som finns 124 ljusår från jorden och i konstellationen Cygnus.

Det anmärkningsvärda genombrottet leddes av forskare från universitetet i Genève, som observerade exoplaneten med spektrografen Carmenes, installerat på 4-metersteleskopet i Calar Alto, Spanien.

För första gången, data avslöjade hastigheten för heliumatomer i exoplanetens övre atmosfär, vilket i storlek motsvarar Neptunus. Heliumet finns i ett utsträckt moln som flyr från planeten, precis som en heliumballong kan fly från en persons hand.

Forskargruppen tror att den banbrytande studien kan öppna upp för nya förståelser av de extrema atmosfäriska förhållanden som finns runt de hetaste exoplaneterna.

Forskningen är publicerad i den ledande tidskriften, Vetenskap , den 6 december 2018.

Jessica Spake, en del av Exeters avdelning för fysik och astronomi sa:"Detta är en riktigt spännande upptäckt, särskilt som helium endast upptäcktes i exoplanetatmosfärer för första gången tidigare i år. Observationerna visar att helium sprängs bort från planeten av strålning från dess värdstjärna. Förhoppningsvis kan vi använda denna nya studie för att lära oss vilka typer av planeter som har stora höljen av väte och helium, och hur länge de kan hålla gaserna i sin atmosfär."

Helium upptäcktes först som en okänd gul spektrallinjesignatur i solljus 1868. Devon-baserade astronomen Norman Lockyer var den första som föreslog att denna linje berodde på ett nytt grundämne, och döpte den efter den grekiska solens titan, Helios. Det har sedan dess upptäckts vara en av huvudbeståndsdelarna i planeterna Jupiter och Saturnus i vårt solsystem.

Det är också det näst vanligaste grundämnet i universum och förutspåddes länge vara en av de mest lätt detekterbara gaserna på gigantiska exoplaneter. Dock, det hittades bara framgångsrikt i en exoplanetatmosfär tidigare i år, i en banbrytande studie också ledd av Jessica Spake.

För denna nya studie, forskargruppen använde spektrografen, Carmenes, att dra isär stjärnans ljus i dess beståndsdelar, som en regnbåge, för att avslöja närvaron av helium. "Regnbågsdata", kallas ett spektrum, berättar också för oss positionen och hastigheten för heliumatomer i den övre atmosfären av HAT-P-11b, som är 20 gånger närmare sin stjärna än vad jorden är från solen.

Romain Allart, Ph.D. student vid universitetet i Genève och första författare till studien sa:"Vi misstänkte att denna närhet till stjärnan kunde påverka atmosfären på denna exoplanet. De nya observationerna är så exakta att exoplanetatmosfären utan tvekan blåses upp av stjärnstrålningen och flyr till rymden."

Dessa nya observationer stöds av en toppmodern datorsimulering, ledd av Vincent Bourrier, medförfattare till studien och medlem i det europeiska projektet FOUR ACES, används för att spåra heliumatomernas bana.

Vincent Bourrier förklarade:"Helium blåses bort från dagsidan av planeten till dess nattsida vid över 10, 000 km i timmen. Eftersom det är en så lätt gas, den flyr lätt från planetens attraktion och bildar ett utsträckt moln runt den."

Det är detta fenomen som gör HAT-P-11b så uppblåst, som en heliumballong.

Den första upptäckten av helium tidigare i år, ledd av University of Exeter forskare, öppnade ett nytt fönster för att observera de extrema atmosfäriska förhållandena som råder i de hetaste exoplaneterna. Dessa nya observationer från Carmenes visar att sådana studier, länge tänkt möjligt endast från rymden, kan uppnås med större precision från markbaserade teleskop utrustade med rätt sorts instrument.