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Gli scienziati risolvono il mistero di 40 anni sull’aurora a raggi X di Giove

Immagini sovrapposte del polo di Giove dal satellite Juno della NASA e dal telescopio a raggi X Chandra della NASA. A sinistra è mostrata una proiezione dell’aurora boreale a raggi X di Giove (viola) sovrapposta a un’immagine Junocam visibile del Polo Nord. A destra mostra la controparte meridionale. Credito: NASA Chandra/Juno Wolk/Dunn

Un team di ricerca co-guidato da UCL ha risolto un mistero vecchio di decenni su come Giove produce una spettacolare 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, creando l’aurora boreale, ma quella di Giove è molto più potente, rilasciando centinaia di gigawatt di energia, abbastanza per alimentare brevemente tutta la civiltà umana.

In un nuovo studio, pubblicato su Science Advances , i ricercatori hanno combinato osservazioni ravvicinate dell’ambiente di Giove da parte del 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 (che è in orbita terrestre).

Il team di ricerca, guidato dall’UCL e dall’Accademia cinese delle scienze, ha scoperto che i brillamenti di raggi X sono stati innescati 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 si schiantano nell’atmosfera del pianeta, rilasciando energia sotto forma di raggi X.

Il co-autore principale, il dott. William Dunn (UCL Mullard Space Science Laboratory) ha dichiarato: “Abbiamo visto Giove produrre aurore a raggi X per quattro decenni, ma non sapevamo come fosse successo. Sapevamo solo che sono stati prodotti quando gli ioni si sono schiantati”. nell’atmosfera del pianeta.

“Ora sappiamo che questi ioni sono trasportati dalle onde di plasma, una spiegazione che non è stata proposta prima, anche se un processo simile produce l’aurora terrestre. Potrebbe quindi essere un fenomeno universale, presente in molti ambienti diversi nello spazio”.

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

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

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

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

Il co-autore principale, il dott. Zhonghua Yao (Accademia cinese delle scienze, Pechino) ha dichiarato: “Ora che abbiamo identificato questo processo fondamentale, ci sono molte possibilità su dove potrebbe essere studiato in seguito. Processi simili probabilmente si verificano intorno a Saturno, Urano, Nettuno e probabilmente anche pianeti extrasolari, con diversi tipi di particelle cariche che “navigano” le onde”.

La co-autrice, la professoressa Graziella Branduardi-Raymont (UCL Mullard 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 semplici pianeti li producano.

“Non possiamo mai visitare i buchi neri , poiché sono al di là dei viaggi spaziali, ma Giove è alle nostre porte. Con l’arrivo del satellite Juno nell’orbita di Giove, gli astronomi hanno ora una fantastica opportunità di studiare un ambiente che produce raggi X da vicino. .”

Le misteriose aurore a raggi X di Giove sono state spiegate, ponendo fine a 40 anni di ricerca di una risposta. Per la prima volta, gli astronomi hanno visto il modo in cui viene compresso il campo magnetico di Giove, che riscalda le particelle e le dirige lungo le linee del campo magnetico nell’atmosfera di Giove, innescando l’aurora a raggi X. La connessione è stata stabilita combinando i dati in situ della missione Juno della NASA con le osservazioni a raggi X dell’XMM-Newton dell’ESA. Credito: ESA/NASA/Yao/Dunn

Per il nuovo studio, i ricercatori hanno analizzato le osservazioni di Giove e dell’ambiente circostante effettuate 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 Juno e i brillamenti aurorali di raggi X al polo nord di Giove registrati da X-MM Newton. Hanno quindi utilizzato la modellazione al computer per confermare che le onde avrebbero guidato le particelle pesanti verso l’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 di quello terrestre, e quindi la sua magnetosfera, l’area controllata da questo campo magnetico, è estremamente grande. Se fosse visibile nel cielo notturno, coprirebbe una regione molto più grande della nostra luna.

 

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