El James Webb observa aigua oxigenada a Ganimedes i erupcions a Io, llunes de Júpiter

Clic a la imatge per engrandir. Aquesta imatge en color, adquirida durant la novena òrbita de Galileu al voltant de Júpiter, mostra dos plomalls volcànics a Io. Es va capturar un plomall a la vora de la lluna, indicant una erupció sobre una caldera (depressió volcànica) anomenada Pillan Patera. El plomall vist per Galileu té 140 quilòmetres d'alçada i també va ser detectat pel telescopi espacial Hubble. Les imatges en color es van fusionar amb un mosaic d'imatges d'alta resolució adquirides en diverses òrbites per millorar el detall de la superfície. El nord és a la part superior de la imatge. La resolució és d'aproximadament dos quilòmetres per element d'imatge. Crèdit: NASA, JPL, Universitat d'Arizona

El telescopi James Webb continua seguint els passos del Hubble donant-nos nova informació sobre els planetes del Sistema Solar, en aquest cas Ganímedes i Io, llunes de Júpiter.

Igual que el Hubble, el telescopi espacial James Webb (JWST) és capaç de proporcionar-nos noves revelacions sobre el Sistema Solar. Dos equips d'astrònoms i planetòlegs han utilitzat la seva mirada infraroja per estudiar dues llunes de Júpiter, un Ganímedes gelat i Io el volcànic. Les observacions actuals del JWST es veuran sens dubte des d'un nou angle quan la missió Jupiter Icy Moons Explorer arribi al voltant de Júpiter, que també acabarà amb l'òrbita de JUICE al voltant de Ganímedes el 2034, si tot va bé.

Mentrestant, el JWST acaba de permetre la detecció als pols de Ganimedes i, per primera vegada, de molècules de peròxid d'hidrogen(H₂O₂), és a dir aigua oxigenada! Això s'explica en un  article de Science Advances d'un equip dirigit per Samantha Trumbo, investigadora postdoctoral de la Universitat de Cornell.

Un camp magnètic que s'assembla al de la Terra

En un comunicat de premsa de la Universitat de Berkeley, l'investigador explica que "el JWST revela la presència de peròxid d'hidrogen als pols de Ganímedes i mostra per primera vegada que les partícules carregades es canalitzen al llarg del camp magnètic de Ganimedes modificant preferentment la química de la superfície del seus casquets polars". Els planetòlegs creuen que les molècules d'H₂O₂, la signatura espectral de les quals amb línies d'absorció en l'infraroig proper havien revelat la seva presència, es deuen a la recombinació dels radicals químics procedents de molècules d'aigua dissociades per l'impacte de partícules carregades que es troben a la magnetosfera de Júpiter.

Clic a la imatge per engrandir. Fotos de primer pla de Ganímedes i Io fetes per la nau espacial Galileo de la NASA l'any 1997 mentre estava en òrbita al voltant de Júpiter. Es respecten les escales relatives. Crèdit: NASA/JPL/USGS

Només veiem la presència d'H₂O₂ als pols, la qual cosa demostra que, a diferència de les altres llunes principals de Júpiter i fins i tot les altres del sistema solar (incloent-hi la nostra), Ganimedes té un camp magnètic dipolar com el de la Terra, que proporciona informació sobre el seu interior que conté un oceà global.

El comunicat de premsa de la Universitat de Berkeley informa de la publicació d'un altre article, a la revista JGR: Planets, una publicació de la Unió Geofísica Americana en aquesta ocasió. Ho devem a Imke de Pater, professora emèrita d'astronomia i de ciències terrestres i planetàries a la Universitat de Califòrnia a Berkeley (i autora d'un famós tractat de ciències planetàries), sobretot en companyia dels francesos Thierry Fouchet i Emmanuel Lellouch de l'Observatori de París.

Monòxid de sofre produït per erupcions volcàniques

Imke de Pater fa molt de temps que estudia l'activitat volcànica d'Io al voltant de Júpiter amb telescopis terrestres. El JWST obre noves perspectives per a ella i els seus col·legues i, per si sol, ens permet dir que hi ha erupcions en curs en almenys dues regions de la superfície d'Io, Kanehekili Fluctus, un camp de fluxos de lava amb potser un llac de lava (fluctus  designa una terra coberta de flux de líquid, és un terme llatí utilitzat pels planetòlegs a Venus, Io i Tità) i el famós Loki Patera.

Clic a la imatge per engrandir. Un mapa espectroscòpic de Ganímedes (esquerra) derivat de mesures del JWST mostra l'absorció de llum al voltant dels pols característics per part de la molècula de peròxid d'hidrogen. Una imatge infraroja JWST d'Io (dreta) mostra erupcions volcàniques calentes a Kanehekili Fluctus (centre) i Loki Patera (dreta). Els cercles dibuixen les superfícies de les dues llunes. Crèdit: Ganimedes: Samantha Trumbo, Cornell; Io: Imke de Pater, UC Berkeley

Aquestes erupcions actuals es dedueixen a partir de mesures de línies espectrals fetes amb el JWST, que són el que els astrofísics anomenen raigs prohibits. Es refereixen a molècules de monòxid de sofre (SO) observat a la part nocturna de la superfície d'Io. L'atmosfera d'Io conté tant SO₂ com SO però el diòxid de sofre, el component principal, es condensa i es congela a la part nocturna, deixant només SO en estat gasós.

Les línies espectrals del SO són febles, però encara no escapen a la mirada penetrant del JWST. Fa vint anys, de Pater i el seu equip van proposar estats excitats amb línies prohibides des del SO que només es podien produir en esdeveniments volcànics calents, i que l'atmosfera tènue permetia que aquest estat es mantingués prou temps -uns segons- per emetre línies prohibides. La investigadora ja les havia observat des de feia temps amb el telescopi Keck a Hawaii però, fins ara, les emissions no es va poder assignar a una regió de Io.

Clic a la imatge per engrandir. Les mesures del JWST obtingudes el novembre de 2022 superposades a un mapa de la superfície d'Io. Les mesures d'infrarojos tèrmics (dreta) mostren la il·luminació de Kanekehili Fluctus, una gran i durant el període d'observació, molt activa àrea volcànica a Io. Les mesures espectrals (esquerra) mostren emissions infraroges prohibides de monòxid de sofre centrades a la zona volcànica. La coincidència dóna suport a una teoria que el SO es produeix als respiradors volcànics i, a l'atmosfera molt tènue d'Io, roman el temps suficient per emetre línies prohibides que normalment es suprimirien per col·lisions amb altres molècules de l'atmosfera. Crèdit: Chris Moeckel i Imke de Pater, UC Berkeley; Mapa d'Io cortesia de USGS.

Línies espectrals "prohibides".

Acabem especificant quines són aquestes famoses línies prohibides. La mecànica quàntica dota als àtoms i les molècules de nivells d'energia entre les que els fotons d'energia molt específica poden provocar transicions, passant d'un estat a un altre absorbint-los o emetent-los. Hi ha restriccions sobre possibles transicions, regles de selecció com s'anomenen, però també determinacions sobre les probabilitats de fer aquestes transicions durant un període de temps determinat. Aquestes transicions estan a l'origen de les línies d'emissió o d'absorció.

En laboratoris a Terra, algunes d'aquestes transicions, encara que possibles per bé que difícils, generalment no es produeixen i, abans de poder-les entendre per càlcul, vam pensar que estaven prohibides. Però, de fet, en un gas de molt baixa densitat, com sol passar en astrofísica, les col·lisions entre àtoms o molècules triguen temps, però aquestes col·lisions provoquen transicions entre nivells d'energia. Per tant, vam entendre que, a la Terra, en condicions més "normals", les col·lisions provoquen més ràpidament transicions a nivells diferents dels implicats per les línies "prohibides". En l'atmosfera tènue d'Io, les transicions "prohibides" tenen temps de produir-se i, per tant, les podem observar.

Ho he vist aquí.