Les aurores del planeta són conegudes per produir llum de raigs X de baixa energia. Un nou estudi finalment revela raigs X d’energia més alta i explica per què van passar desapercebuts per una altra missió fa 30 anys.
Científics han estat estudiant Júpiter de prop des de la dècada dels setanta, però el gegant gasós encara és ple de misteris. Noves observacions de la nau observatori espacial NuSTAR de la NASA han revelat la llum d’energia més alta mai detectada de Júpiter. La llum, en forma de raigs X que NuSTAR pot detectar, és també la llum d’energia més alta mai detectada per a un planeta del sistema solar que no és la Terra. Un article a la revista Nature Astronomy informa del descobriment i resol un misteri de dècades: per què la missió Ulysses no va veure raigs X quan va passar per Júpiter el 1992.
Els raigs X són una forma de llum, però amb energies molt més altes i longituds d’ona més curtes que la llum visible que els ulls humans poden veure. L’observatori de raigs X Chandra de la NASA i l’observatori XMM-Newton de l’ESA han estudiat tant raigs X de baixa energia de les aurores de Júpiter, espectacles de llum a prop dels pols nord i sud del planeta que es produeixen quan els volcans de la lluna de Júpiter Io expulsen ions cap al planeta, fet que el fort camp magnètic de Júpiter accelera cap als pols i els colpeja amb l’atmosfera, alliberant energia en forma de llum.
Els electrons de Io també són accelerats pel camp magnètic del planeta, segons les observacions de la sonda espacial Juno de la NASA, que va arribar a Júpiter el 2016. Els investigadors sospitaven que aquestes partícules haurien de produir raigs X d’energia encara més alta dels que van observar Chandra i XMM-Newton, i NuSTAR (abreviatura de Nuclear Spectroscopic Telescope Array, en català; Conjunt de telescopis espectroscòpics nuclears) és la primera tècnica en confirmar aquesta hipòtesi.
Clic a la imatge per engrandir. NuSTAR va detectar raigs X d’alta energia a partir de les aurores prop dels pols nord i sud de Júpiter. NuSTAR no pot localitzar la font de la llum amb alta precisió, però només pot saber que la llum prové de algun lloc de les regions de color porpra. Crèdits: NASA/JPL-Caltech, infografia en català: Sci-Bit
"És força desafiant perquè els planetes generin raigs X en el rang que detecta NuSTAR", va dir Kaya Mori, astrofísic de la Universitat de Columbia i autora principal del nou estudi. “Però Júpiter té un camp magnètic enorme, i està girant molt ràpidament. Aquestes dues característiques signifiquen que la magnetosfera del planeta actua com un accelerador de partícules gegant, i això és el que fa possibles aquestes emissions d’energia més alta”.
Els investigadors van afrontar múltiples obstacles per fer la detecció de NuSTAR: per exemple, les emissions d’energia més alta són significativament més febles que les de menys energia. Però cap dels desafiaments pot explicar la no detecció per part de Ulysses, una missió conjunta entre la NASA i l’ESA que era capaç de percebre raigs X d’energia més alta que NuSTAR. La nau espacial Ulysses es va llançar el 1990 i, després de diverses extensions de missió, va funcionar fins al 2009.
La solució a aquest enigma, segons el nou estudi, rau en el mecanisme que produeix les raigs X d’alta energia. La llum prové dels electrons energètics que Juno pot detectar amb el seu Jovian Auroral Distributions Experiment (JADE) i l’Instrument Detector de Partícules Energètiques de Júpiter (JEDI) en anglès Jupiter Energetic-particle Detector Instrument, però hi ha múltiples mecanismes que poden fer que les partícules produeixin llum. Sense una observació directa de la llum que emeten les partícules, és gairebé impossible saber quin mecanisme és responsable.
Nous capítols
"El descobriment d'aquestes emissions no tanca el cas, sinó que obre un nou capítol", afirma William Dunn, investigador de l'University College de Londres i coautor de l'article. "Encara tenim moltes preguntes sobre aquestes emissions i les fonts. Sabem que els camps magnètics giratoris poden accelerar les partícules, però no entenem completament com arriben a velocitats tan altes a Júpiter. Quins processos fonamentals produeixen de manera natural partícules tan energètiques?".
Els científics també esperen que l'estudi de les emissions de raigs X de Júpiter els ajudi a comprendre objectes encara més extrems del nostre univers. NuSTAR sol estudiar objectes fora del nostre sistema solar, com ara estrelles en explosió i discos de gas calent accelerats per la gravetat de forats negres massius.
El nou estudi és el primer exemple en què els científics han pogut comparar les observacions de NuSTAR amb les dades obtingudes a la font dels raigs X (per Juno). Això ha permès als investigadors comprovar directament les hipòtesis sobre l'origen d'aquests raigs X d'alta energia. Júpiter també comparteix una sèrie de similituds físiques amb altres objectes magnètics de l'univers; magnetars, estrelles de neutrons i nanes blanques, però els investigadors no comprenen del tot com s'acceleren les partícules a les magnetosferes d'aquests objectes i emeten radiació d'alta energia. En estudiar Júpiter, els investigadors poden desvetllar detalls de fonts llunyanes que encara no podem visitar.
