Gli scienziati risolvono un mistero di 40 anni sui raggi X sorprendentemente potenti dell’aurora boreale di Giove

Un team di ricerca ha risolto un mistero vecchio di decenni su come Giove produca una sorprendente esplosione di raggi X ogni pochi minuti.

Un team di ricerca guidato dall’UCL (University College London) ha risolto un enigma vecchio di decenni su come Giove produce un’incredibile esplosione di raggi X ogni pochi minuti.

I raggi X fanno parte dell’aurora di Giove: esplosioni di luce visibile e invisibile che si verificano quando le particelle cariche interagiscono con l’atmosfera del pianeta. Un fenomeno simile si verifica sulla Terra, dove crea l’aurora boreale, ma Giove è molto più potente, rilasciando centinaia di gigawatt di energia, sufficienti per alimentare l’intera civiltà umana. *

In un nuovo studio pubblicato su progresso scientificoI ricercatori hanno combinato osservazioni ravvicinate dell’ambiente di Giove dal satellite Juno della NASA, che è attualmente in orbita attorno al pianeta, con misurazioni simultanee di raggi X dall’Osservatorio XMM-Newton dell’Agenzia spaziale europea (in orbita terrestre).

Il team di ricerca, guidato dall’UCL e dall’Accademia cinese delle scienze, ha scoperto che i brillamenti di raggi X erano causati da vibrazioni periodiche delle linee del campo magnetico di Giove. Queste vibrazioni creano onde di plasma (gas ionizzato) che inviano particelle di ioni pesanti “navigando” lungo le linee del campo magnetico fino a quando non entrano in collisione con l’atmosfera del pianeta, rilasciando energia sotto forma di raggi X.

Immagini sovrapposte del polo di Giove dal satellite Juno della NASA e dal telescopio a raggi X Chandra della NASA. La sinistra mostra una proiezione dei raggi X dell’aurora boreale (magenta) di Giove sull’immagine visibile del Polo Nord JunoCam. La destra mostra la controparte meridionale. Credito: NASA Chandra / Juno Walk / Dunn

Il co-autore principale, il dottor William Dunn (UCLA Mullard Space Science Laboratory) ha dichiarato: “Abbiamo visto Giove produrre aurore a raggi X per quattro decenni, ma non sapevamo come fosse successo. Sapevamo che venivano prodotte solo quando gli ioni colpire l’atmosfera atmosfera del pianeta.

“Ora sappiamo che questi ioni sono trasportati dalle onde di plasma – una spiegazione che non è stata proposta prima, sebbene un processo simile produca l’aurora terrestre stessa. Pertanto, potrebbe essere un fenomeno globale, presente in molti ambienti diversi nello spazio”.

Le aurore a raggi X si verificano ai poli nord e sud di Giove, spesso con un orologio regolare: durante questa osservazione, Giove produceva esplosioni di raggi X ogni 27 minuti.

Le particelle di ioni carichi che colpiscono l’atmosfera provengono dal gas vulcanico che scorre nello spazio dai vulcani giganti sulla luna di Giove, Io.

Questo gas è ionizzato (i suoi atomi sono privati ​​degli elettroni) a causa delle collisioni nell’ambiente immediato di Giove, formando una ciambella di plasma che circonda il pianeta.

Per la prima volta, gli astronomi hanno visto il modo in cui il campo magnetico di Giove viene compresso, il che riscalda le particelle e le dirige lungo le linee del campo magnetico nell’atmosfera di Giove, creando aurore a raggi X. La comunicazione è stata effettuata combinando i dati in situ della missione Juno della NASA con le osservazioni a raggi X dello strumento XMM-Newton dell’ESA. Credito: ESA/NASA/Yao/Dunn

Il co-autore principale, il dottor Zhonghua Yao (Accademia cinese delle scienze, Pechino) ha dichiarato: “Ora che abbiamo identificato questo processo fondamentale, c’è una vasta gamma di possibilità in cui può essere studiato in seguito. È probabile che processi simili si verifichino intorno a Saturno, Urano, Nettuno, e forse intorno agli esopianeti.Inoltre, con diversi tipi di particelle cariche che “navigano” le onde.

La co-autrice, la professoressa Graziella Brandoardi-Raymont (UCLA Space Science Laboratory), ha dichiarato: “I raggi X sono tipicamente prodotti da fenomeni estremamente potenti e violenti come i buchi neri e le stelle di neutroni, quindi sembra strano che anche i pianeti li producano.

“Non possiamo mai visitare i buchi neri, perché vanno oltre i viaggi spaziali, ma Giove è alle nostre porte. Con l’orbita di Giove in orbita di Giunone, gli astronomi hanno ora una fantastica opportunità di studiare da vicino un ambiente che produce raggi X”.

Per il nuovo studio, i ricercatori hanno analizzato le osservazioni di Giove e dell’ambiente circostante ininterrottamente per un periodo di 26 ore dai satelliti Juno e XMM-Newton.

Hanno trovato una chiara correlazione tra le onde nel plasma rilevate da Giunone e i bagliori aurorali di raggi X del polo nord di Giove registrati da XMM-Newton. Quindi hanno usato la modellazione al computer per confermare che le onde avrebbero spinto le particelle pesanti nell’atmosfera di Giove.

Il motivo per cui le linee del campo magnetico vibrano periodicamente non è chiaro, ma la vibrazione può derivare da interazioni con il vento solare o da flussi di plasma ad alta velocità all’interno della magnetosfera di Giove.

Il campo magnetico di Giove è estremamente forte – circa 20.000 volte più forte della Terra – e quindi la magnetosfera di Giove, l’area controllata da questo campo magnetico, è estremamente grande. Se fosse visibile nel cielo notturno, coprirebbe un’area molte volte più grande della nostra Luna.

Il lavoro è stato sostenuto dall’Accademia cinese delle scienze, dalla National Natural Science Foundation of China, dal Science and Technology Facilities Council (STFC) del Regno Unito, dalla Royal Society, dal Natural Environment Research Council, nonché dall’Agenzia spaziale europea e dalla NASA.

* Le aurore a raggi X di Giove da sole rilasciano gigawatt, l’equivalente di quello che una singola centrale elettrica produrrebbe nel corso dei giorni.

Riferimento: 9 luglio 2021, progresso scientifico.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851