Astronomy ReportsAstronomy ReportsАстрономический журнал0004-62993034-5170The Russian Academy of Sciences64765310.31857/S0004629924090015IBOJTZArticlesСТАТЬИResearch ArticleThe effect of star flare activity on the structure of the hydrogen-helium upper atmosphere of hot JupiterВлияние вспышечной активности звезды на структуру водородно-гелиевой верхней атмосферы горячего юпитераZhilkinA. G.ЖилкинА. Г.
Russian Federation
zhilkin@inasan.ruGladyshevaY. G.ГладышеваЮ. Н.
Russian Federation
zhilkin@inasan.ruShematovichV. I.ШематовичВ. И.
Russian Federation
zhilkin@inasan.ruTsurikovG. N.ЦуриковГ. Н.
Russian Federation
zhilkin@inasan.ruBisikaloD. V.БисикалоД. В.
Russian Federation
zhilkin@inasan.ruInstitute of Astronomy of the Russian Academy of SciencesФГБУ Российской академии наук Институт астрономии15092024101979680928012025Copyright ©; 2024, The Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024The Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0004-6299/article/view/647653

In the paper using 1D aeronomic model the impact of a stellar flare on the upper atmosphere of hot Jupiter is investigated. The atmosphere is assumed to have a hydrogen-helium chemical composition, and calculations were carried out for the hot Jupiter HD 209458b. We examined single and repeated flares in which the flux of hard UV radiation increases by 10, 100 and 1000 times compared to the quiescent state of the star. The active phase of the dynamic response of the atmosphere lasts 12–15 hours after the flare, and the characteristic period of relaxation to the initial state is about a day. From the results obtained it follows that the flare activity of solar-type stars does not have a significant effect on the evolution of the planetary atmospheres of hot Jupiters. However, the interpretation of transit observations of the disturbed atmospheres of hot Jupiters will make it possible to separate from each other the observational effects associated with the interaction of stellar flares and coronal mass ejections with the upper atmospheres and envelopes of these planets. This will make it possible to more accurately determine the parameters of the stellar wind and coronal mass ejections of solar-type parent stars.

В работе на основе одномерной аэрономической модели исследуется воздействие звездной вспышки на верхнюю атмосферу горячего юпитера. Предполагается, что атмосфера имеет водородно-гелиевый химический состав, а расчеты проводились для горячего юпитера HD 209458b. Мы рассмотрели одиночные и повторные вспышки, в которых поток жесткого УФ излучения возрастает в 10, 100 и 1000 раз по сравнению со спокойным состоянием звезды. Активная фаза динамического отклика атмосферы продолжается 12–15 часов после вспышки, а характерный период релаксации к исходному состоянию составляет порядка суток. Из полученных результатов следует, что вспышечная активность звезд солнечного типа не оказывает существенного влияния на эволюцию планетных атмосфер горячих юпитеров. Однако интерпретация транзитных наблюдений возмущенных атмосфер горячих юпитеров позволит отделить друг от друга наблюдательные эффекты, связанные с взаимодействием звездных вспышек и корональных выбросов массы с верхними атмосферами и оболочками этих планет. Это даст возможность более точно определить параметры звездного ветра и корональных выбросов массы у родительских звезд солнечного типа.

hot Jupitersaeronomynumerical simulationshydrodynamicschemical reactionsthermal balanceгорячие юпитерыаэрономиячисленное моделированиегидродинамикахимические реакциитепловой балансH. Maehara, T. Shibayama, S. Notsu, Y. Notsu, et al., Nature 485, 478 (2012).Y. Notsu, H. Maehara, S. Honda, S. L. Hawley, et al., 876, id. 58 (2019).M. N. Günther, Z. Zhan, S. Seager, P. B. Rimmer, et al., Astron. J. 159(2), id. 60 (2020).A. Segura, L. M. Walkowicz, V. Meadows, J. Kasting, and S. Hawley, Astrobiology 10(7), 751 (2010).M. A. Tilley, A. Segura, V. Meadows, S. Hawley, and J. Davenport, Astrobiology 19(1), 64 (2019).D. Atri and S. R. C. Mogan, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. Letters 500(1), L1 (2021).L. N. R. do Amaral, L. Barnes, A. Segura, and R, Luger. 928, id. 12 (2022).D. V. Bisikalo, V. I. Shematovich, A. A. Cherenkov, L. Fossati, and C. Moestl. 869, id. 108 (2018).D. V. Bisikalo, A. A. Cherenkov, V. I. Shematovich, L. Fossati, and C. Moestl, Astron. Rep. 62, 648 (2018).A. A. Cherenkov, I. F. Shaikhislamov, D. V. Bisikalo, V. I. Shematovich, L. Fossati, and C. Moestl, Astron. Rep. 63, 94 (2019).V. I. Shematovich, D. E. Ionov, and H. Lammer, Astron. and Astrophys. 571, id. A94 (2014).D. E. Ionov, V. I. Shematovich, and Ya. N. Pavlyuchenkov, Astron. Rep. 61, 387 (2017).D. E. Ionov, Y. N. Pavlyuchenkov, and V. I. Shematovich, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 476, 5639 (2018).A. A. Boyarchuk, B. M. Shustov, I. S. Savanov, M. E. Sachkov, et al., Astron. Rep. 60(1), 1 (2016).B. M. Shustov, M. E. Sachkov, S. G. Sichevsky, R. N. Arkhangelsky, et al., Solar System Res. 55(7), 677 (2021).А. Г. Жилкин, Ю. Г. Гладышева, В. И. Шематович, Д. В. Бисикало, Астрон. журн. 100(12), 1190 (2023).А. Г. Жилкин, Ю. Г. Гладышева, В. И. Шематович, Г. Н. Цуриков, Д. В. Бисикало, Астрон. журн. 101, в печати (2023).L. Fossati, C. A. Haswell, C. S. Froning, L. Hebb, et al., 714, L222 (2010).M. Holmstrom, A. Ekenback, F. Selsis, T. Penz, et al., Nature. 451, 970 (2008).I. F. Shaikhislamov, M. L. Khodachenko, H. Lammer, K. G. Kislyakova, et al., 832, id. 173 (2016).M. L. Khodachenko, I. F. Shaikhislamov, H. Lammer, A. G. Berezutsky, et al., 885, id. 67 (2019).В. И. Шематович, И. Ф. Шайхисламов, А. Г. Жилкин, И. С. Саванов, Г. Н. Цуриков, Д. В. Бисикало, Физмат 1(1), 20 (2023).A. G. Zhilkin and D. V Bisikalo, Universe 7, 422 (2021).A. G. Zhilkin, Astron. Rep. 67(4), 307 (2023).Д. В. Бисикало, А. Г. Жилкин, А. А. Боярчук, Газодинамика тесных двойных звезд. М.: Физматлит, 2013.А. А. Самарский, Е. С. Николаев, Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978.A. Vidal-Madjar, A. Lecavelier des Etangs, J.-M. Desert, G. E. Ballester, et al., Nature 422, 143 (2003).G. B. Field. 142, 531 (1965).T. Yoneyama, Publ. Astron. Soc. Japan 25, 349 (1973).Y. G. Gladysheva, A. G. Zhilkin, and D. V. Bisikalo, INASAN Sci. Rep. 5, 1 (2020).