Enigmáticos rayos X provenientes de Júpiter

Enigmáticos rayos X de alta energía han sido detectados provenientes de Júpiter. Emanando de las auroras permanentes del planeta gigante, y detectadas por el telescopio de rayos X basado en el espacio NuSTAR de la NASA , las emisiones son la luz más energética vista proveniente de cualquier planeta en el Sistema Solar (aparte de la Tierra).

Rayos X duros

La detección podría arrojar luz sobre las auroras más poderosas del Sistema Solar y resuelve un misterio de larga data: por qué la nave espacial conjunta ESA-NASA Ulysses no detectó ningún rayo X joviano en sus casi tres décadas de operación entre 1990 y 2009.

Las auroras de Júpiter constituyen un fenómeno absolutamente fascinante. En ambos polos, el planeta está rodeado de auroras permanentes, invisibles a nuestros ojos, pero que brillan intensamente en longitudes de onda ultravioleta. Estas regiones también han sido observadas emitiendo rayos X de baja energía , o ‘suaves’, por los observatorios de rayos X Chandra y XMM-Newton.

Los científicos pensaron que también debería haber rayos X de alta energía o rayos X «duros» , más allá de lo que esos instrumentos pueden detectar. Así que usaron NuSTAR para buscarlos.

«Es bastante desafiante para los planetas generar rayos X en el rango que detecta NuSTAR», dijo la astrofísica Kaya Mori de la Universidad de Columbia.

Campo mágnetico de Júpiter

«Pero Júpiter tiene un enorme campo magnético y gira muy rápido. Esas dos características significan que la magnetosfera del planeta actúa como un acelerador de partículas gigante, y eso es lo que hace posible estas emisiones de mayor energía».

Pirámides emiten rayos

Las auroras de Júpiter son similares y diferentes a las auroras aquí en la Tierra, donde son generadas por partículas que soplan desde el Sol. Chocan con el campo magnético de la Tierra, que envía partículas cargadas como protones y electrones zumbando a lo largo de las líneas del campo magnético hacia los polos, donde llueven sobre la atmósfera superior de la Tierra y chocan con las moléculas atmosféricas. La ionización resultante de estas moléculas genera impresionantes luces danzantes.

Auroras constantes y permanentes

En Júpiter , las auroras son constantes y permanentes, como se señaló anteriormente; eso es porque las partículas no son solares, sino de la luna joviana Io, el mundo más volcánico del Sistema Solar.

Está expulsando constantemente dióxido de azufre , que se elimina inmediatamente a través de una compleja interacción gravitacional con el planeta, ionizándose y formando un toroide de plasma alrededor del gigante gaseoso. Las partículas de este toroide se envían zumbando a lo largo de las líneas del campo magnético hacia los polos , y así sucesivamente.

Este proceso genera rayos X suaves. Ahora, también se han encontrado radiografías duras. Descubrieron que la respuesta radica en la forma en que se generan los rayos X duros.

Cuando los electrones se aceleran a lo largo de las líneas del campo magnético de Júpiter, terminan entrando en la atmósfera del planeta a gran velocidad. Cuando estos electrones entran en la vecindad de los núcleos atómicos y sus campos eléctricos, se desvían y desaceleran abruptamente. Sin embargo, su energía cinética tiene que ir a alguna parte, de acuerdo con la ley de conservación de la energía, por lo que se convierte en radiación X.

Bremsstrahlung

Esto se llama bremsstrahlung o radiación de frenado. Los rayos X suaves se generan a través de un mecanismo diferente llamado intercambio de carga, en el que los electrones se transfieren a iones, cuya excitación genera un resplandor.

Misteriosa señal de radio llegó cada 18 minutos y 18 segundos

Cada uno de estos mecanismos produce un perfil de luz diferente, dijeron los investigadores. A energías más altas, los rayos X de bremsstrahlung deberían ser más débiles a energías más altas, lo que explicaría por qué Ulysses nunca los encontró.

El equipo modeló los datos, incluido el mecanismo de bremsstrahlung, y no solo coincidió con las observaciones de NuSTAR, sino que mostró que la emisión está fuera del rango de sensibilidad de Ulysses. Hasta ahora todo bien, pero apenas hemos comenzado a probar el fenómeno.

Por ejemplo, mientras que NuSTAR podía detectar rayos X duros en la región general de las auroras jovianas, no pudo identificar un punto de emisión preciso.

«Todavía tenemos muchas preguntas sobre estas emisiones y sus fuentes. Sabemos que los campos magnéticos giratorios pueden acelerar las partículas, pero no entendemos completamente cómo alcanzan velocidades tan altas en Júpiter. ¿Qué procesos fundamentales producen naturalmente partículas tan energéticas?»

Los futuros estudios de rayos X duros de las auroras de Júpiter podrían ayudar a arrojar más luz sobre la física en juego.

Publicada en Nature Astronomy .

Anna Suárez

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