Vědci řeší 40letou záhadu o neuvěřitelně silných rentgenových paprskech Jupiterovy polární záře

Výzkumný tým vyřešil desetiletí starou záhadu, jak Jupiter každých pár minut vytváří úžasný výbuch rentgenových paprsků.

Výzkumný tým vedený UCL (University College London) vyřešil desetiletí starou hádanku o tom, jak Jupiter každých pár minut vytváří úžasný výbuch rentgenových paprsků.

Rentgenové záření je součástí Jupiterovy polární záře – výbuchy viditelného a neviditelného světla, ke kterým dochází při interakci nabitých částic s atmosférou planety. Podobný jev se vyskytuje na Zemi, kde vytváří polární záře, ale Jupiter je mnohem silnější a uvolňuje stovky gigawattů energie, což stačí na krátkou dodávku energie lidské civilizaci. *

V nové studii publikované v vědecký pokrokVědci spojili detailní pozorování prostředí Jupitera satelitem Juno NASA, který v současné době obíhá kolem planety, se simultánním rentgenovým měřením z observatoře XMM-Newton Evropské vesmírné agentury (na oběžné dráze Země).

Výzkumný tým vedený UCL a Čínskou akademií věd zjistil, že rentgenové erupce byly způsobeny periodickými vibracemi čar magnetického pole Jupitera. Tyto vibrace vytvářejí plazmové vlny (ionizovaný plyn), které vysílají částice těžkých iontů „surfující“ podél čar magnetického pole, dokud nenarazí na atmosféru planety, přičemž uvolní energii ve formě rentgenových paprsků.

Spoluautor Dr. William Dunn (UCLA Mullard Space Science Laboratory) řekl: „Viděli jsme, jak Jupiter vyrábí rentgenové polární záře po čtyři desetiletí, ale nevěděli jsme, jak se to stalo. Věděli jsme, že byly vyrobeny pouze tehdy, když byly ionty zasáhnout atmosféru, atmosféru planety.

„Nyní víme, že tyto ionty jsou transportovány plazmatickými vlnami – vysvětlení, které dosud nebylo navrženo, ačkoli podobný proces vytváří vlastní polární záři Země. Mohl by to být tedy globální fenomén přítomný v mnoha různých prostředích ve vesmíru“.

Rentgenové polární záře se vyskytují na severním a jižním pólu Jupitera, často s pravidelným hodinovým strojkem – během tohoto pozorování vytvářel Jupiter každých 27 minut záblesky rentgenového záření.

Částice nabitých iontů, které narážejí na atmosféru, pocházejí ze sopečného plynu proudícího do vesmíru z obřích sopek na Jupiterově měsíci, Io.

Tento plyn je ionizován (jeho atomy jsou zbaveny elektronů) v důsledku kolizí v bezprostředním prostředí Jupiteru a tvoří koblihu plazmy, která obklopuje planetu.

Poprvé astronomové viděli způsob, jakým je komprimováno magnetické pole Jupitera, které ohřívá částice a směruje je podél čar magnetického pole dolů do atmosféry Jupitera, čímž vytváří rentgenové polární záře. Komunikace byla provedena kombinací dat in situ z mise Juno NASA s rentgenovými pozorováními z XMM-Newton Evropské vesmírné agentury. Uznání: ESA / NASA / Yao / Dunn

Spoluautor Dr. Zhonghua Yao (Čínská akademie věd v Pekingu) uvedl: „Nyní jsme identifikovali tento základní proces, existuje spousta možností, kde jej lze dále studovat. Podobné procesy se pravděpodobně vyskytnou v okolí Saturnu na Uranu,“ Neptun a možná kolem exoplanet. Také s různými typy nabitých částic „surfujících“ po vlnách.

Spoluautorka profesorka Graziella Brandoardi-Raymont (UCLA Space Science Laboratory) uvedla: „Rentgenové záření je obvykle produkováno extrémně silnými a násilnými jevy, jako jsou černé díry a neutronové hvězdy, takže se zdá divné, že je produkují také jen planety.

„Nikdy nemůžeme navštívit černé díry, protože jsou mimo vesmírné cestování, ale Jupiter je přede dveřmi. Díky obíhajícímu Jupiteru Juno mají nyní astronomové skvělou příležitost studovat prostředí, které produkuje rentgenové záření zblízka.“

Pro novou studii vědci analyzovali pozorování Jupitera a jeho okolního prostředí nepřetržitě po dobu 26 hodin satelity Juno a XMM-Newton.

Zjistili jasnou korelaci mezi vlnami v plazmě detekovanými Juno a polárními rentgenovými erupcemi severního pólu Jupitera zaznamenanými XMM-Newtonem. Poté pomocí počítačového modelování potvrdili, že vlny zatlačí těžké částice do atmosféry Jupitera.

Proč čáry magnetického pole periodicky vibrují, není jasné, ale vibrace mohou být výsledkem interakcí se slunečním větrem nebo z vysokorychlostních toků plazmy uvnitř Jupiterovy magnetosféry.

Jupiterovo magnetické pole je extrémně silné – asi 20 000krát silnější než Země – a proto je jeho magnetosféra, oblast řízená tímto magnetickým polem, extrémně velká. Pokud je viditelný na noční obloze, pokryl by plochu několikrát větší než náš Měsíc.

Práce byla podpořena Čínskou akademií věd, Čínskou národní přírodovědnou nadací, Britskou radou pro vědecká a technologická zařízení (STFC), Královskou společností, Radou pro výzkum přírodního prostředí, jakož i Evropskou kosmickou agenturou a NASA.

* Jupiterova rentgenová polární záře sama uvolňuje gigawatty, což je ekvivalent toho, co by během několika dní vyprodukovala jedna elektrárna.

Odkaz: 9. července 2021, vědecký pokrok.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851