Den här konstnärens illustration visar ett gigantiskt moln av väte som strömmar av en varm, Neptunus-stor planet bara 97 ljusår från jorden. Exoplaneten är liten jämfört med sin stjärna, en röd dvärg vid namn GJ 3470. Stjärnans intensiva strålning värmer upp vätet i planetens övre atmosfär till en punkt där det flyr ut i rymden. Den främmande världen förlorar väte i en hastighet 100 gånger snabbare än en tidigare observerad varm Neptunus vars atmosfär också avdunstar. Kredit:NASA, ESA, och D. Player (STScI)
Hastigheten och avståndet med vilka planeter kretsar runt sina respektive flammande stjärnor kan avgöra varje planets öde – om planeten förblir en långvarig del av sitt solsystem eller avdunstar in i universums mörka kyrkogård snabbare.
I deras strävan att lära sig mer om planeter på långt borta bortom vårt eget solsystem, astronomer upptäckte att en medelstor planet ungefär lika stor som Neptunus, GJ 3470b, avdunstar i en hastighet 100 gånger snabbare än en tidigare upptäckt planet av liknande storlek, GJ 436b.
Resultaten, publiceras idag i tidskriften Astronomi &Astrofysik , föra fram astronomers kunskap om hur planeter utvecklas.
"Det här är den rykande pistolen som planeter kan förlora en betydande del av hela sin massa. GJ 3470b förlorar mer av sin massa än någon annan planet vi sett hittills; om bara några miljarder år från nu, halva planeten kan vara borta, sa David Sing, Bloomberg Distinguished Professor vid Johns Hopkins och en författare om studien.
Studien är en del av Panchromatic Comparative Exoplanet Treasury (PanCET)-programmet, leds av Sing, som syftar till att mäta atmosfären hos 20 exoplaneter i ultraviolett ljus, optiskt och infrarött ljus, när de kretsar runt sina stjärnor. PanCET är det största exoplanetobservationsprogram som körs med NASA:s rymdteleskop Hubble.
En speciell fråga av intresse för astronomer är hur planeter förlorar sin massa genom avdunstning. Planeter som "super" jordar och "heta" Jupiters kretsar närmare sina stjärnor och är därför hetare, vilket gör att det yttersta lagret av deras atmosfärer blåses bort genom avdunstning.
Den här grafiken plottar exoplaneter baserat på deras storlek och avstånd från deras stjärna. Varje punkt representerar en exoplanet. Planeter lika stora som Jupiter (finns högst upp i grafiken) och planeter lika stora som jorden och så kallade superjordar (längst ner) finns både nära och långt från sin stjärna. Men planeter lika stora som Neptunus (i mitten av handlingen) är knappa nära sin stjärna. Denna så kallade öken av heta Neptunes visar att sådana främmande världar är sällsynta, eller, de fanns gott om en gång, men har sedan dess försvunnit. Detekteringen att GJ 3470b, en varm Neptunus på gränsen till öknen, snabbt förlora sin atmosfär tyder på att hetare Neptunes kan ha eroderats ner till mindre, steniga superjordar. Kredit:NASA, ESA, och A. Feild (STScI)
Medan dessa större Jupiter-storlek och mindre jord-storlek exoplaneter är rikligt, medelstora Neptunus-exoplaneter (ungefär fyra gånger större än jorden) är sällsynta. Forskare antar att dessa Neptunus blir avskalade från sina atmosfärer och i slutändan blir mindre planeter. Det är svårt, dock, att aktivt bevittna dem göra det eftersom de bara kan studeras i UV-ljus, vilket begränsar forskare till att undersöka närliggande stjärnor inte mer än 150 ljusår från jorden, inte skyms av interstellärt material. GJ 3470b är 96 ljusår bort och cirklar en röd dvärgstjärna i den allmänna riktningen för stjärnbilden Kräftan.
I den här studien, Hubble fann att exoplaneten GJ 3470b hade förlorat betydligt mer massa och hade en märkbart mindre exosfär än den första exoplaneten i Neptunusstorlek som studerades, GJ 436b, på grund av dess lägre densitet och mottagandet av en starkare strålningsexplosion från dess värdstjärna.
GJ 3470bs lägre densitet gör att den inte kan hänga på den uppvärmda atmosfären gravitationsmässigt, och medan stjärnan som var värd för GJ 436b var mellan 4 miljarder och 8 miljarder år gammal, stjärnan som är värd för GJ 3470b är bara 2 miljarder år gammal; en yngre stjärna är mer aktiv och kraftfull, och, därför, har mer strålning för att värma planetens atmosfär.
Sings team uppskattar att GJ 3470b redan kan ha förlorat upp till 35 procent av sin totala massa och, om några miljarder år, all dess gas kan avlägsnas, lämnar bara en stenig kärna efter sig.
"Vi börjar bättre förstå hur planeter formas och vilka egenskaper som påverkar deras totala makeup, " Sa Sing. "Vårt mål med den här studien och det övergripande PanCET-programmet är att ta en bred titt på dessa planeters atmosfärer för att avgöra hur varje planet påverkas av sin egen miljö. Genom att jämföra olika planeter, vi kan börja lägga ihop den större bilden av hur de utvecklas."
Ser fram emot, Sing och teamet hoppas kunna studera fler exoplaneter genom att söka efter helium i infrarött ljus, vilket kommer att tillåta ett större sökområde än att söka efter väte i UV-ljus.
För närvarande, planeter, som till stor del består av väte och helium, kan endast studeras genom att spåra väte i UV-ljus. Använder Hubble, det kommande NASA James Webb rymdteleskopet (som kommer att ha en större känslighet för helium), och ett nytt instrument som heter Carmenes som Sing nyligen hittade kan exakt spåra heliumatomernas bana, astronomer kommer att kunna bredda sin jakt på avlägsna planeter.
