Un equipo de investigación ha resuelto un misterio de décadas de cómo Júpiter produce una espectacular explosión de rayos X cada pocos minutos.

Un equipo de investigación codirigido por UCL (University College London) ha resuelto un misterio de décadas de cómo Júpiter produce una espectacular explosión de rayos X cada pocos minutos.

Los rayos X son parte de la aurora de Júpiter: estallidos de luz visibles e invisibles que ocurren cuando las partículas cargadas interactúan con la atmósfera del planeta. Un fenómeno similar ocurre en la Tierra, creando la aurora boreal, pero la de Júpiter es mucho más poderosa, liberando cientos de gigavatios de energía, suficiente para alimentar brevemente a toda la civilización humana. *

En un nuevo estudio, publicado en Avances en la ciencia, los investigadores combinaron observaciones de cerca del entorno de Júpiter por el satélite Juno de la NASA, que actualmente orbita el planeta, con mediciones simultáneas de rayos X del observatorio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (que se encuentra en la propia órbita de la Tierra).

El equipo de investigación, dirigido por la UCL y la Academia de Ciencias de China, descubrió que las explosiones de rayos X se desencadenaron por vibraciones periódicas de las líneas del campo magnético de Júpiter. Estas vibraciones crean ondas de plasma (gas ionizado) que envían partículas pesadas de iones «navegando» a lo largo de las líneas del campo magnético hasta que chocan contra la atmósfera del planeta, liberando energía en forma de rayos X.

Imágenes superpuestas del polo de Júpiter del satélite Juno de la NASA y el telescopio de rayos X Chandra de la NASA. La izquierda muestra una proyección de la aurora de rayos X del norte de Júpiter (púrpura) superpuesta a una imagen visible de la Junocam desde el Polo Norte. A la derecha se muestra la contraparte del sur. Crédito: NASA Chandra / Juno Wolk / Dunn

El coautor, el Dr. William Dunn (Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard de la UCL) dijo: “Hemos visto a Júpiter produciendo auroras de rayos X durante cuatro décadas, pero no sabíamos cómo sucedió. Solo sabíamos que se produjeron cuando los iones golpearon la atmósfera del planeta.

“Ahora sabemos que estos iones son transportados por ondas de plasma, una explicación que no se había propuesto antes, aunque un proceso similar produce la propia aurora de la Tierra. Por lo tanto, podría ser un fenómeno universal, presente en muchos entornos diferentes en el espacio. «

Las auroras de rayos X ocurren en los polos norte y sur de Júpiter, a menudo con la regularidad de un reloj; durante esta observación, Júpiter estaba produciendo ráfagas de rayos X cada 27 minutos.

Las partículas de iones cargados que llegan a la atmósfera se originan a partir de gas volcánico que se derrama al espacio desde volcanes gigantes en la luna de Júpiter, Io.

Este gas se ioniza (sus átomos están despojados de electrones) debido a las colisiones en el entorno inmediato de Júpiter, formando una rosquilla de plasma que rodea al planeta.

Por primera vez, los astrónomos han visto cómo se comprime el campo magnético de Júpiter, lo que calienta las partículas y las dirige a lo largo de las líneas del campo magnético hacia la atmósfera de Júpiter, generando la aurora de rayos X. La conexión se realizó mediante la combinación de datos in situ de la misión Juno de la NASA con observaciones de rayos X del XMM-Newton de la ESA. Crédito: ESA / NASA / Yao / Dunn

El coautor, el Dr. Zhonghua Yao (Academia de Ciencias de China, Beijing) dijo: “Ahora que hemos identificado este proceso fundamental, hay muchas posibilidades de dónde podría estudiarse a continuación. Probablemente se produzcan procesos similares alrededor de Saturno, Urano, Neptuno y probablemente también exoplanetas, con diferentes tipos de partículas cargadas «surfeando» en las ondas. «

La coautora, la profesora Graziella Branduardi-Raymont (Laboratorio de Ciencias Espaciales UCL Mullard) dijo: “Los rayos X normalmente son producidos por fenómenos extremadamente poderosos y violentos como los agujeros negros y las estrellas de neutrones, por lo que parece extraño que los simples planetas también los produzcan. .

“Nunca podremos visitar agujeros negros, ya que están más allá de los viajes espaciales, pero Júpiter está a la vuelta de la esquina. Con la llegada del satélite Juno a la órbita de Júpiter, los astrónomos tienen ahora una oportunidad fantástica de estudiar de cerca un entorno que produce rayos X ”.

Para el nuevo estudio, los investigadores analizaron las observaciones de Júpiter y su entorno circundante realizadas continuamente durante un período de 26 horas por los satélites Juno y XMM-Newton.

Encontraron una clara correlación entre las ondas de plasma detectadas por Juno y las erupciones aurorales de rayos X en el polo norte de Júpiter registradas por XMM-Newton. Luego utilizaron modelos de computadora para confirmar que las ondas conducirían las partículas pesadas a la atmósfera de Júpiter.

No está claro por qué las líneas del campo magnético vibran periódicamente, pero la vibración podría resultar de interacciones con el viento solar o de flujos de plasma de alta velocidad dentro de la magnetosfera de Júpiter.

El campo magnético de Júpiter es extremadamente fuerte, unas 20.000 veces más fuerte que el de la Tierra, y por lo tanto su magnetosfera, el área controlada por este campo magnético, es extremadamente grande. Si es visible en el cielo nocturno, cubriría una región varias veces el tamaño de nuestra luna.

El trabajo fue apoyado por la Academia de Ciencias de China, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido (STFC), la Sociedad Real y el Consejo de Investigación del Medio Ambiente Natural, así como la ESA y la NASA.

* Solo la aurora de rayos X de Júpiter libera alrededor de un gigavatio, equivalente a lo que puede producir una central eléctrica en un período de días.

Referencia: 9 de julio de 2021, Avances en la ciencia.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851