El misteri de 40 anys sobre el que causa les aurores de raigs X de Júpiter s’ha resolt. Per primera vegada, els astrònoms han vist funcionar tot el mecanisme, i també podria ser un procés que es produeix en moltes altres parts de l’Univers.
Les misterioses aurores de raigs X de Júpiter van explicar
Ara, per primera vegada, han vist com els ions “surfejaven” les ones electromagnètiques del camp magnètic de Júpiter, cap a l’atmosfera.
Les pistes vitals provenien d’una nova anàlisi de dades de XMM-Newton de l’ESA telescopi i la sonda Juno de la NASA. Situat a l’òrbita de la Terra, XMM-Newton fa observacions remotes de Júpiter a longituds d’ona de raigs X. D’altra banda, Juno envolta el propi planeta gegant, prenent lectures in situ des del camp magnètic de Júpiter. Però la pregunta era: què hauria de buscar l’equip?
La pista va arribar quan Zhonghua Yao, Institut de Geologia i Geofísica, Acadèmia Xinesa de Ciències de Pequín, i autor principal del nou estudi, es va adonar que alguna cosa no tenia sentit sobre les aurores de raigs X de Júpiter.
A la Terra, les aurores només són visibles en un cinturó que envolta els pols magnètics, entre 65 i 80 graus de latitud. Més enllà dels 80 graus, l’emissió auroral desapareix perquè les línies del camp magnètic aquí surten de la Terra i es connecten al camp magnètic del vent solar, que és el flux constant de partícules carregades elèctricament expulsades pel Sol. S’anomenen línies de camp obert i, a la imatge tradicional, no s’espera que les regions polars de latitud alta de Júpiter i Saturn emetin aurores substancials.
No obstant això, les aurores de raigs X de Júpiter són incompatibles amb aquesta imatge. Existeixen poleward del cinturó auroral principal, polsen regularment i de vegades poden ser diferents al pol nord del pol sud. Aquestes són les característiques típiques d’un camp magnètic “tancat”, on la línia del camp magnètic surt del planeta per un pol i es torna a connectar amb el planeta per l’altre.
Mitjançant simulacions per ordinador, Zhonghua i els seus col·legues van trobar prèviament que les aurores de raigs X polsants es podrien relacionar amb camps magnètics tancats que es generen a l’interior de Júpiter i després s’estenen milions de quilòmetres a l’espai abans de tornar enrere.
Els dies 16 i 17 de juliol de 2017, XMM-Newton va observar Júpiter contínuament durant 26 hores i va veure pulsar aurores de raigs X cada 27 minuts. Simultàniament, Juno havia estat viatjant entre 62 i 68 radis de Júpiter per sobre de les zones prèvies a l’alba del planeta. Aquesta va ser exactament la zona que les simulacions de l’equip van suggerir que eren importants per desencadenar les pulsacions. Per tant, l’equip va cercar a les dades de Juno qualsevol procés magnètic que es produís al mateix ritme.
Van descobrir que les aurores de raigs X polsants són causades per fluctuacions del camp magnètic de Júpiter. A mesura que el planeta gira, arrossega al voltant del seu camp magnètic. El camp magnètic és colpejat directament per les partícules del vent solar i comprimit. Aquestes compressions escalfen partícules que queden atrapades al camp magnètic de Júpiter. Això desencadena un fenomen anomenat ones de ciclotró d’ions electromagnètics (EMIC), en què les partícules es dirigeixen al llarg de les línies de camp.
Les pròpies partícules són àtoms carregats elèctricament anomenats ions. Guiats pel camp, els ions “naveguen” per l’ona EMIC a través de milions de quilòmetres d’espai, acabant esclafant-se contra l’atmosfera del planeta i desencadenant l’aurora de raigs X.
“El que veiem a les dades de Juno és aquesta bella cadena d’esdeveniments. Veiem com es produeix la compressió, veiem l’ona EMIC activada, veiem els ions i després veiem un pols d’ions que viatja al llarg de la línia de camp. I al cap de pocs minuts, XMM veu una ràfega de raigs X ”, diu William Dunn, Mullard Space Science Laboratory, University College London, que va co-dirigir la investigació.
Ara que el procés responsable de les aurores de raigs X de Júpiter s’ha identificat per primera vegada, obre una gran quantitat de possibilitats per a on es podria estudiar a continuació. Per exemple, a Júpiter, el camp magnètic s’omple d’ions sofre i oxigen que són expulsats pels volcans de la lluna Io. A Saturn, la lluna Enceladus aboca l’aigua a l’espai, omplint el camp magnètic de Saturn amb ions d’aigua.
“Aquest és un procés fonamental aplicable a Saturn, Urà, Neptú i probablement també als exoplanetes”, diu Zhonghua.
Pot ser més àmpliament aplicable que ara, ja que ara que s’ha revelat el procés, hi ha una sorprenent similitud amb les aurores de ions que succeeixen aquí a la Terra. En el cas de la Terra, l’ió responsable és un protó, que prové d’un àtom d’hidrogen, i el procés no és prou energètic per crear raigs X. Tot i així, el procés bàsic és el mateix. Per tant, l’aurora de raigs X de Júpiter és fonamentalment una aurora iònica, tot i que té una energia molt superior a l’aurora de protons de la Terra.
“Podria ser que les ones EMIC tinguessin un paper important en la transferència d’energia d’un lloc a un altre a través del cosmos”, diu William.
Pel que fa a Júpiter mateix, l’estudi de les seves aurores continuarà Explorador de llunes JUpiter ICy de l’ESA (suc). Arribat el 2029, Juice estudiarà l’atmosfera del planeta, la magnetosfera i l’efecte que les quatre llunes més grans de Júpiter tenen sobre les aurores.
Notes per als editors:
“Revelant la font de bengales aurorals de raigs X de Júpiter” de ZH Yao i WR Dunn et al. (2021) es publica a Avenços científics. DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851
Per obtenir més informació, poseu-vos en contacte amb:
Relacions amb els mitjans de comunicació de l’ESA
media@esa.int
