Atmosferyczne powiązania między gwiazdami i egzoplanetami
Astronomowie byli w stanie potwierdzić istnienie ponad 6000 egzoplanet w naszej galaktyce, krążących wokół gwiazd innych niż nasze Słońce. Większość z tych planet jest identyfikowana, gdy przechodzą one przed swoją gwiazdą, powodując tymczasowy spadek jej jasności. „Biorąc pod uwagę nasze obecne oprzyrządowanie, egzoplanety, które przechodzą blisko swojej gwiazdy, są łatwiejsze do znalezienia” — wyjaśnia koordynatorka projektu ASTROFLOW(odnośnik otworzy się w nowym oknie), Aline Vidotto z Uniwersytetu w Lejdzie(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Holandii. „Odkrycia te są ekscytujące, ponieważ planety te są jak laboratoria, które pomagają nam zrozumieć, co dzieje się w pobliżu gwiazd”.
Badanie ucieczki atmosfery planetarnej
Projekt ASTROFLOW, wspierany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), miał na celu wykorzystanie tych egzoplanet jako „laboratoriów” do badania interakcji między gwiazdami i planetami, które krążą blisko nich. Vidotto w szczególności chciała wiedzieć, jak ta interakcja wpływa na ucieczkę atmosfery. Może to rzucić nowe światło na wczesną ewolucję planet, w tym naszej własnej. Naukowcy wiedzą, że planety, w tym młoda Ziemia, tracą masę, często poprzez ucieczkę ich atmosfery w przestrzeń kosmiczną w wyniku promieniowania gwiezdnego. Proces ten znany jest jako fotoewaporacja. Egzoplanety badane przez ASTROFLOW musiały być wystarczająco duże, aby można było wykryć ucieczkę atmosfery (odległości wymykają się ludzkiemu wyobrażeniu, biorąc pod uwagę, że najbliższa nam egzoplaneta znajduje się w odległości ponad czterech lat świetlnych). Jednocześnie wiele z nich znajdowało się bliżej swojej gwiazdy niż Merkury naszego Słońca.
Modelowanie wiatrów gwiezdnych
Po pierwsze, zespół projektowy modelował wyrzucaną materię — zwaną wiatrami gwiezdnymi — emanującą z gwiazd docelowych. „O wiatrach gwiezdnych można myśleć jak o płynie, który wypływa na zewnątrz” — mówi Vidotto. „Modelowaliśmy te wiatry trójwymiarowo, biorąc pod uwagę gęstość, prędkość i różne siły, takie jak pola magnetyczne”. Następnie zespół opracował modele wyjaśniające ucieczkę atmosfery z pobliskich egzoplanet. Modele te zostały następnie połączone, aby stworzyć obraz interakcji atmosfer tych bliskich planet i gwiazd. Modelowanie to umożliwiło zespołowi dokonanie szeregu nowych ustaleń. „Odkryliśmy, że jeśli planeta krąży w regionie, w którym wiatr gwiezdny jest zdominowany przez energię magnetyczną, wówczas ucieczka atmosfery odbywa się głównie przez pojedynczy region polarny” — zauważa Vidotto. „Wyglądało to tak, jakby jeden z biegunów zniknął”. Zespół w końcu zdał sobie sprawę, że ze względu na magnetycznie zdominowany wiatr gwiezdny, jeden z biegunów był w efekcie bezpośrednio połączony z gwiazdą. Innymi słowy, powstało coś w rodzaju „rury” parowania atmosferycznego. Takie zjawisko zidentyfikowano po raz pierwszy.
Zrozumienie ewolucji naszej planety
Odkrycia te mogą pomóc nam lepiej zrozumieć ewolucję naszej planety. Uważamy, że ziemska atmosfera zawierała kiedyś znacznie więcej wodoru i helu, które następnie zostały z niej usunięte, prawdopodobnie poprzez mechanizm badany przez zespół projektu ASTROFLOW — fotoewaporację. Vidotto chciałaby rozwinąć te przełomowe prace, tworząc modele uwzględniające inne gazy ulatniające się z atmosfery, takie jak hel. „Chcielibyśmy również dowiedzieć się, czy nasze modele można zastosować do egzoplanet krążących w dalszej odległości od swojej gwiazdy” — mówi. Prace ASTROFLOW zbiegają się również z dwiema trwającymi misjami kosmicznymi, które wysłały sondy na orbitę w pobliżu naszego Słońca: Solar Orbiter(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z Europejskiej Agencji Kosmicznej i Parker Solar Probe z NASA. Obie misje mają na celu zdobyć więcej informacji o wiatrach gwiezdnych. „Egzoplanety, które badaliśmy, były trochę jak sondy stworzone przez przyrodę” — dodaje Vidotto.
