Se ha descifrado un acertijo sobre las intensas luces norte y sur del gigante gaseoso.

Los astrónomos planetarios han combinado mediciones tomadas por la nave espacial Juno de la NASA en órbita alrededor de Júpiter con datos de la misión XMM-Newton en órbita terrestre de la ESA (Agencia Espacial Europea) para resolver un misterio de 40 años sobre el origen de las inusuales auroras X de Júpiter. Por primera vez, vieron todo el mecanismo en funcionamiento: los átomos cargados eléctricamente, o iones, responsables de los rayos X están «navegando» ondas electromagnéticas en el campo magnético de Júpiter hacia la atmósfera del gigante gaseoso.

Un artículo sobre el estudio fue publicado el 9 de julio de 2021 en la revista Avances en la ciencia.

Se han detectado auroras en siete planetas de nuestro sistema solar. Algunos de estos espectáculos de luces son visibles para el ojo humano; otros generan longitudes de onda de luz que solo podemos ver con telescopios especializados. Las longitudes de onda más cortas requieren más energía para producirse. Júpiter tiene las auroras más poderosas del sistema solar y es el único de t

Los astrónomos planetarios han estado fascinados por la emisión auroral de rayos X de Júpiter desde su descubrimiento hace cuatro décadas, porque no estaba claro de inmediato cómo se genera la energía necesaria para producirla. Sabían que estas asombrosas luces del norte y sur de Júpiter son activadas por iones que chocan con la atmósfera de Júpiter. Pero hasta ahora, los científicos no tenían idea de cómo los iones responsables del espectáculo de luz de rayos X pueden llegar a la atmósfera en primer lugar.

En la Tierra, las auroras generalmente solo son visibles en un cinturón alrededor de los polos magnéticos, entre 65 y 80 grados de latitud. Más allá de los 80 grados, la emisión auroral desaparece porque las líneas del campo magnético salen de la Tierra y se conectan al campo magnético del viento solar, que es el flujo constante de partículas cargadas eléctricamente expulsadas por el sol. Se llaman líneas de campo abierto y, en la imagen tradicional, es poco probable que las regiones polares de alta latitud de Júpiter y Saturno emitan auroras sustanciales.

Sin embargo, las auroras de rayos X de Júpiter son diferentes. Existen hacia el cinturón auroral principal y pulsan, y los del polo norte a menudo difieren de los del polo sur. Estas son características típicas de un campo magnético cerrado, donde la línea del campo magnético sale del planeta en un polo y se vuelve a conectar con el planeta en el otro. Todos los planetas con campos magnéticos tienen componentes de campo abierto y cerrado.

Los científicos que estudian los fenómenos recurrieron a simulaciones por computadora y encontraron que las auroras de rayos X pulsantes pueden estar vinculadas a campos magnéticos cerrados que se generan dentro de Júpiter y se extienden millones de kilómetros en el espacio antes de regresar. Pero, ¿cómo demostrar que el modelo era viable?

Los autores del estudio se basaron en datos adquiridos por Juno y XMM-Newton del 16 al 17 de julio de 2017. Durante el período de dos días, XMM-Newton observó a Júpiter de forma continua durante 26 horas y vio la aurora de rayos X pulsando cada vez 27 minutos.

Al mismo tiempo, Juno viajaba entre los rayos 62 y 68 de Júpiter (alrededor de 2,8 a 3 millones de millas, o 4,4 a 4,8 millones de kilómetros) por encima del área anterior al amanecer del planeta. Esta era exactamente la región que las simulaciones del equipo sugirieron que era importante para activar las pulsaciones, por lo que buscaron en los datos de Juno cualquier proceso magnético que estuviera ocurriendo al mismo ritmo.

Descubrieron que las fluctuaciones en el campo magnético de Júpiter causaban las auroras de rayos X pulsantes. El límite exterior del campo magnético es golpeado directamente por partículas del viento solar comprimido. Estas compresiones calientan los iones que están atrapados en el extenso campo magnético de Júpiter, que se encuentra a millones de kilómetros de la atmósfera del planeta.

Esto desencadena un fenómeno llamado ondas electromagnéticas de ciclotrón (EMIC), en el que las partículas se dirigen a lo largo de líneas de campo. Guiados por el campo, los iones viajan en la onda EMIC a través de millones de kilómetros de espacio, llegando finalmente a la atmósfera del planeta y activando las auroras de rayos X.

“Lo que vemos en los datos de Juno es esta hermosa cadena de eventos. Vemos que ocurre la compresión, vemos que se activa la onda EMIC, vemos los iones y luego vemos un pulso de iones viajando a lo largo de la línea de campo ”, dijo William Dunn del Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard, University College London, y un coautor del artículo. «Luego, unos minutos más tarde, el XMM ve un estallido de rayos X».

Ahora que se ha identificado por primera vez la pieza que faltaba en el proceso, se abre una multitud de posibilidades sobre dónde se puede estudiar a continuación. Por ejemplo, en Júpiter, el campo magnético está lleno de iones de azufre y oxígeno emitidos por los volcanes en la luna Io. En Saturno, la luna Encelado lanza agua al espacio, llenando el campo magnético de Saturno con iones del grupo del agua.

Para obtener más información sobre este descubrimiento, consulte Científicos resuelven el misterio de 40 años de la espectacular y poderosa aurora de rayos X de Júpiter.

Referencia: «Revelando el origen de las erupciones aurorales de rayos X de Júpiter» por Zhonghua Yao, William R. Dunn, Emma E. Woodfield, George Clark, Barry H. Mauk, Robert W. Ebert, Denis Grodent, Bertrand Bonfond, Dongxiao Pan, I. Jonathan Rae, Binbin Ni, Ruilong Guo, Graziella Branduardi-Raymont, Affelia D. Wibisono, Pedro Rodríguez, Stavros Kotsiaros, Jan-Uwe Ness, Frederic Allegrini, William S. Kurth, G. Randall Gladstone, Ralph Kraft, Ali H . Sulaiman, Harry Manners, Ravindra T. Desai y Scott J. Bolton, 9 de julio de 2021, Avances en la ciencia.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851

Más sobre la misión

JPL, una división de Caltech en Pasadena, California, administra la misión Juno para el investigador principal Scott J. Bolton del Southwest Research Institute en San Antonio. Juno es parte del Programa Nuevas Fronteras de la NASA, que se administra en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, para el Directorio de Misiones Científicas de la agencia en Washington. Lockheed Martin Space en Denver construyó y opera la nave espacial.