Oamenii de știință rezolvă un mister de 40 de ani despre razele X uimitor de puternice ale aurorei boreale a lui Jupiter

O echipă de cercetători a rezolvat un mister vechi de decenii despre modul în care Jupiter produce o explozie uimitoare de raze X la fiecare câteva minute.

O echipă de cercetători condusă de UCL (University College London) a rezolvat un puzzle vechi de decenii despre modul în care Jupiter produce o explozie uimitoare de raze X la fiecare câteva minute.

Razele X fac parte din aurora lui Jupiter – explozii de lumină vizibilă și invizibilă care apar atunci când particulele încărcate interacționează cu atmosfera planetei. Un fenomen similar are loc pe Pământ, unde creează Lumina Nordică, dar Jupiter este mult mai puternic, eliberând sute de gigawatti de energie, care este suficientă pentru a alimenta întreaga civilizație umană. *

Într – un nou studiu publicat în progresul științificCercetătorii au combinat observații de aproape ale mediului Jupiter prin satelitul Juno al NASA, care orbitează în prezent planeta, cu măsurători simultane de raze X de la Observatorul XMM-Newton al Agenției Spațiale Europene (pe orbita Pământului).

Echipa de cercetare, condusă de UCL și Academia Chineză de Științe, a descoperit că flăcările cu raze X au fost cauzate de vibrațiile periodice ale liniilor de câmp magnetic ale lui Jupiter. Aceste vibrații creează unde de plasmă (gaz ionizat) care trimit particule de ioni grele „navigând” de-a lungul liniilor câmpului magnetic până când se ciocnesc cu atmosfera planetei, eliberând energie sub formă de raze X.

Imagini suprapuse ale polului lui Jupiter din satelitul Juno al NASA și telescopul cu raze X Chandra al NASA. În stânga este prezentată o proiecție a radiografiei aurorei boreale (magenta) a lui Jupiter pe imaginea vizibilă a JunoCam a Polului Nord. Dreapta arată omologul sudic. Credit: NASA Chandra / Juno Walk / Dunn

Co-autorul dr. William Dunn (UCLA Mullard Space Science Laboratory) a spus: „Am văzut Jupiter producând aurore cu raze X timp de patru decenii, dar nu știam cum s-a întâmplat acest lucru. Știam că au fost produse numai când ionii a lovit atmosfera.atmosfera planetei.

„Știm acum că acești ioni sunt transportați de unde de plasmă – o explicație care nu a fost propusă până acum, deși un proces similar produce propria auroră a Pământului. Prin urmare, ar putea fi un fenomen global, prezent în multe medii diferite din spațiu”.

Aurorele cu raze X apar la polul nord și sud al lui Jupiter, adesea cu mecanism de ceas regulat – în timpul acestei observații, Jupiter producea explozii de raze X la fiecare 27 de minute.

Particulele de ioni încărcați care lovesc atmosfera provin din gazul vulcanic care curge în spațiu din vulcanii gigantici de pe luna lui Jupiter, Io.

Acest gaz este ionizat (atomii săi sunt eliminați de electroni) datorită coliziunilor din mediul imediat al lui Jupiter, formând o gogoasă de plasmă care înconjoară planeta.

Pentru prima dată, astronomii au văzut modul în care este comprimat câmpul magnetic al lui Jupiter, care încălzește particulele și le direcționează de-a lungul liniilor câmpului magnetic în atmosfera lui Jupiter, creând aurore cu raze X. Comunicarea a fost făcută prin combinarea datelor in situ din misiunea Juno a NASA cu observații cu raze X de la instrumentul XMM-Newton al ESA. Credit: ESA / NASA / Yao / Dunn

Co-autorul dr. Zhonghua Yao (Academia Chineză de Științe, Beijing) a declarat: „Acum am identificat acest proces fundamental, există o mulțime de posibilități în care poate fi studiat în continuare. Procese similare vor avea loc în jurul lui Saturn, Uranus, Neptun și, eventual, în jurul exoplanetelor. De asemenea, cu diferite tipuri de particule încărcate care „navighează” pe valuri.

Co-autorul profesorului Graziella Brandoardi-Raymont (Laboratorul de Științe Spațiale UCLA), a declarat: „Razele X sunt de obicei produse de fenomene extrem de puternice și violente, cum ar fi găurile negre și stelele de neutroni, așa că pare ciudat că doar planetele le produc și ele.

„Nu putem vizita niciodată găurile negre, deoarece acestea depășesc călătoriile spațiale, dar Jupiter este pe pragul nostru. Cu Jupiter în orbita lui Juno, astronomii au acum o ocazie fantastică de a studia un mediu care produce raze X de aproape”.

Pentru noul studiu, cercetătorii au analizat în mod continuu observațiile asupra lui Jupiter și a mediului înconjurător pe o perioadă de 26 de ore de către sateliții Juno și XMM-Newton.

Ei au găsit o corelație clară între undele din plasmă detectate de Juno și raze X aurorale ale polului nord al lui Jupiter înregistrate de XMM-Newton. Apoi au folosit modelarea computerizată pentru a confirma că valurile vor împinge particulele grele în atmosfera lui Jupiter.

De ce liniile câmpului magnetic vibrează periodic nu este clar, dar vibrația poate rezulta din interacțiunile cu vântul solar sau din fluxurile de plasmă de mare viteză din magnetosfera lui Jupiter.

Câmpul magnetic al lui Jupiter este extrem de puternic – de aproximativ 20.000 de ori mai puternic decât Pământul – și, prin urmare, magnetosfera lui Jupiter, zona controlată de acest câmp magnetic, este extrem de mare. Dacă ar fi vizibilă pe cerul nopții, ar acoperi o zonă de câteva ori mai mare decât Luna noastră.

Lucrarea a fost susținută de Academia Chineză de Științe, Fundația Națională de Științe Naturale din China, Consiliul pentru Facilități de Știință și Tehnologie din Marea Britanie (STFC), Societatea Regală, Consiliul de Cercetare pentru Mediul Natural, precum și Agenția Spațială Europeană și NASA.

* Aurorele cu raze X ale lui Jupiter eliberează singure gigawatti, echivalentul a ceea ce ar produce o singură centrală în decursul zilelor.

Referință: 9 iulie 2021, progresul științific.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851