21 septembrie 2021

Misterul a ceea ce cauzează aurorele cu raze X ale lui Jupiter pare a fi rezolvat

Cosmos imagine

A cataclysmic cosmic collision takes centre stage in this Picture of the Week. The image features the interacting galaxy pair IC 1623, which lies around 275 million light-years away in the constellation Cetus (The Whale). The two galaxies are in the final stages of merging, and astronomers expect a powerful inflow of gas to ignite a frenzied burst of star formation in the resulting compact starburst galaxy.  This interacting pair of galaxies is a familiar sight; Hubble captured IC 1623 in 2008 using two filters at optical and infrared wavelengths using the Advanced Camera for Surveys. This new image incorporates new data from Wide Field Camera 3, and combines observations taken in eight filters spanning infrared to ultraviolet wavelengths to reveal the finer details of IC 1623. Future observations of the galaxy pair with the NASA/ESA/CASA James Webb Space Telescope will shed more light on the processes powering extreme star formation in environments such as IC 1623.

Distribuie pe rețelele tale sociale:

Misterul care planează în mediile științifice de  40 de ani despre ceea ce cauzează aurorele cu raze X ale lui Jupiter a fost rezolvat. Pentru prima dată, astronomii au văzut întregul mecanism în acțiune, în ansamblul său – și ar putea fi un proces care are loc și în multe alte părți ale Universului.

Astronomii au studiat spectaculosul inel al  lui Jupiter timp de decenii. Culorile acestor aurore arată că sunt declanșate de particule încărcate electric numite ioni care se prăbușesc în atmosfera lui Jupiter. Dar,, întrebarea care încă rămânea un mister pentru astronomi era cum au reușit ionii să ajungă, înainte de toate, în atmosferă.

Indiciile vitale au venit dintr-o nouă analiză a datelor de la telescopul XMM-Newton al Agenției Spațiale Europene (ESA) și de la nava spațială Juno a NASA. Situat pe orbita Pământului, XMM-Newton face observații la distanță ale lui Jupiter la lungimile de undă ale razelor X. Pe de altă parte, Juno înconjoară planeta gigantică însăși, realizând studii in situ din interiorul câmpului magnetic al lui Jupiter. Dar, întrebarea a fost: ce ar trebui să caute echipa?

Indiciul a venit atunci când Zhonghua Yao, de la Institutul de Geologie și Geofizică al Academiei Chineze de Științe din Beijing și autorul principal al noului studiu, și-a dat seama că ceva nu avea sens în legătură cu aurorele cu raze X ale lui Jupiter.

Pe Pământ, aurorele sunt vizibile numai într-o centură care înconjoară polii magnetici, între 65 și 80 de grade latitudine. Dincolo de 80 de grade, emisia aurorală dispare, deoarece liniile câmpului magnetic de aici părăsesc Pământul și se conectează la câmpul magnetic din vântul solar, care este fluxul constant al particulelor încărcate electric expulzate de Soare. Acestea sunt numite linii de câmp deschis și, în imaginea tradițională, regiunile polare de latitudine înaltă ale lui Jupiter și Saturn nu ar trebui să emită aurore substanțiale.

Cu toate acestea, aurorele cu raze X ale lui Jupiter sunt incompatibile cu această imagine. Ele există la nivelul polului principal al centurii aurorale, pulsează regulat și uneori, pot fi diferite la polul nord față de polul sud. Acestea sunt caracteristici tipice ale unui câmp magnetic „închis”, unde linia câmpului magnetic iese din planetă la un pol și se reconectează cu planeta la celălalt. Toate planetele cu câmpuri magnetice au, atât componente deschise, cât și închise.

Folosind simulări pe computer, Zhonghua și colegii săi au descoperit anterior că aurorele pulsatorii cu raze X ar putea fi legate de câmpuri magnetice închise care sunt generate în interiorul lui Jupiter și, apoi, se întind pe milioane de kilometri în spațiu înainte de a se întoarce înapoi.

Pe 16 și 17 iulie 2017, XMM-Newton a observat planeta Jupiter continuu timp de 26 de ore și a văzut aurore cu raze X pulsând la fiecare 27 de minute. Echipa a căutat în datele Juno orice procese magnetice care au avut loc în același ritm.

Au descoperit că aurorele pulsatorii cu raze X sunt cauzate de fluctuațiile câmpului magnetic al lui Jupiter. Pe măsură ce planeta se rotește, „se târăște” în jurul câmpului său magnetic. Câmpul magnetic este lovit direct de particulele vântului solar și comprimat. Aceste compresii încălzesc particulele care sunt prinse în câmpul magnetic al lui Jupiter, lucru care declanșează un fenomen numit unde electromagnetice de ciclotron ionic (EMIC), în care particulele sunt direcționate de-a lungul liniilor de câmp.

Particulele în sine sunt atomi încărcați electric numiți ioni. Ghidați de câmp, ionii „navighează” pe valul EMIC pe milioane de kilometri de spațiu, în cele din urmă „trântindu-se” în atmosfera planetei și declanșând aurora cu raze X.

„Ceea ce vedem în datele Juno este acest frumos lanț de evenimente. Vedem cum se întâmplă compresia, vedem declanșată unda EMIC, vedem ionii și, apoi, vedem un puls de ioni care călătorește de-a lungul liniei de câmp. Și, apoi, câteva minute mai târziu, XMM vede o explozie de raze X ”, spune William Dunn, de la Laboratorul de Științe ale Spațiului Mullard University College Londra , care a condus cercetarea.

Acum, că procesul responsabil pentru aurorele cu raze X ale lui Jupiter a fost identificat pentru prima dată, acesta deschide o mulțime de posibilități pentru locul în care ar putea fi studiat în continuare. De exemplu, la Jupiter, câmpul magnetic este umplut cu ioni de sulf și oxigen care sunt aruncați de vulcani. La Saturn, luna Enceladus aruncă apă în spațiu, umplând câmpul magnetic al lui Saturn cu ioni de grupuri de apă.

„Acesta este un proces fundamental care se aplică și lui Saturn, Uranus, Neptun și probabil exoplanetelor”, spune Zhonghua.

Poate fi aplicabil pe scară largă chiar și mai mult decât atât, deoarece acum că procesul a fost dezvăluit, există o asemănare izbitoare cu aurorele ionice care se întâmplă aici pe Pământ. În cazul Pământului, ionul responsabil este un proton, care provine dintr-un atom de hidrogen, iar procesul nu este suficient de energic pentru a crea raze X. Cu toate acestea, procesul de bază este același. Deci, aurora cu raze X a lui Jupiter este fundamental o auroră ionică, deși are o energie mult mai mare decât aurora protonică de pe Pământ.

„S-ar putea ca undele EMIC să joace un rol important în transferul de energie dintr-un loc în altul în cosmos”, spune William.

În ceea ce privește Jupiter însuși, studiul aurorelor sale va continua cu JApiter ICy moons Explorer (Juice) al aceleiași Agenții Spațiale Europene ESA. Planificat să ajungă până în 2029, Juice va studia atmosfera planetei, magnetosfera și efectul pe care îl au cei mai mari patru sateliți naturali ai lui Jupiter asupra aurorelor.

 

Ciprian Pop