science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Stellaire winden en verdampende atmosfeer van exoplaneten

Een illustratie van het TRAPPIST-1-systeem van zeven planeten rond een M-dwergster. De ster heeft zowel sterke UV- en röntgenstraling als een geïoniseerde wind die de atmosfeer van een nabijgelegen planeet kan verdampen. Astronomen hebben simulaties voltooid met behulp van de TRAPPIST-1-systeemparameters die de complexe mogelijke gevolgen van een stellaire wind op de atmosfeer van een planeet onthullen. Krediet:NASA / CalTech-JPL

De meeste sterren, inclusief de zon, genereren magnetische activiteit die een snel bewegende, geïoniseerde wind en produceert ook röntgen- en ultraviolette straling (vaak XUV-straling genoemd). XUV-straling van een ster kan worden geabsorbeerd in de bovenste atmosfeer van een in een baan om de aarde draaiende planeet, waar het in staat is het gas voldoende te verwarmen om uit de atmosfeer van de planeet te ontsnappen. M-dwergsterren, verreweg het meest voorkomende type ster, zijn kleiner en koeler dan de zon, en ze kunnen zeer actieve magnetische velden hebben. Hun koele oppervlaktetemperaturen zorgen ervoor dat hun bewoonbare zones (HZ) zich dicht bij de ster bevinden (de HZ is het bereik van afstanden waarbinnen het oppervlaktewater van een baan om de aarde vloeibaar kan blijven). Alle rotsachtige exoplaneten die in een baan om een ​​M-dwerg draaien in zijn HZ, omdat ze dicht bij de ster zijn, zijn bijzonder kwetsbaar voor de effecten van fotoverdamping, wat kan leiden tot gedeeltelijke of zelfs volledige verwijdering van de atmosfeer. Sommige theoretici beweren dat planeten met aanzienlijke waterstof- of heliumomhulsels in feite bewoonbaarder kunnen worden als fotoverdamping voldoende van de gasdeken verwijdert.

De effecten van XUV-straling op de atmosfeer van exoplaneten worden al bijna twintig jaar bestudeerd, maar de effecten van de stellaire wind op de atmosferen van exoplaneten zijn slechts slecht begrepen. CfA-astronomen Laura Harbach, Sofia Moschou, Jeremy Drake, Julian Alvarado-Gomez, en Federico Frascetti en hun collega's hebben simulaties voltooid waarin de effecten van een stellaire wind op een exoplaneet met een waterstofrijke atmosfeer in een baan rond een M-dwergster worden gemodelleerd. Als voorbeeld, ze gebruiken de exoplaneetconfiguratie in TRAPPIST-1, een koele M-dwergster met een systeem van zeven planeten, waarvan zes dicht genoeg bij de ster om in zijn HZ te zijn.

De simulaties laten zien dat, afhankelijk van de details, de stellaire wind kan uitstromen uit de atmosfeer van een planeet genereren. Het team ontdekt dat zowel de magnetische velden van de ster als de planeet een belangrijke rol spelen bij het bepalen van veel van de details van de uitstroom, die kon worden waargenomen en bestudeerd via atomaire waterstoflijnen in het ultraviolet. De complexe simulatieresultaten geven aan dat planeten rond M-dwerggaststerren waarschijnlijk een breed scala aan atmosferische eigenschappen vertonen, en sommige van de fysieke omstandigheden kunnen variëren over korte tijdschalen, waardoor waarnemingsinterpretaties van opeenvolgende exoplaneetovergangen complexer worden. De simulatieresultaten benadrukken de noodzaak om 3D-simulaties te gebruiken die magnetische effecten bevatten om waarnemingsresultaten voor planeten rond M-dwergsterren te interpreteren.