Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Forskere løser 40-års mysterium over Jupiters røntgenstråler

Overlejrede billeder af Jupiters pol fra NASAs satellit Juno og NASAs Chandra røntgenteleskop. Til venstre viser en projektion af Jupiters nordlige røntgen-aurora (lilla) overlejret på et synligt Junocam-billede af Nordpolen. Til højre viser det sydlige modstykke. Kredit:NASA Chandra/Juno Wolk/Dunn

Et forskerhold ledet af UCL har løst et årtier gammelt mysterium om, hvordan Jupiter producerer et spektakulært udbrud af røntgenstråler hvert par minutter.

Røntgenstrålerne er en del af Jupiters nordlys - udbrud af synligt og usynligt lys, der opstår, når ladede partikler interagerer med planetens atmosfære. Et lignende fænomen forekommer på Jorden, skabe nordlys, men Jupiters er meget kraftigere, frigiver hundredvis af gigawatt strøm, nok til kort at magte hele den menneskelige civilisation.

I en ny undersøgelse, udgivet i Videnskabens fremskridt , forskere kombinerede nærbilleder af Jupiters miljø ved NASAs satellit Juno, som i øjeblikket kredser om planeten, med samtidige røntgenmålinger fra European Space Agencys XMM-Newton-observatorium (som er i Jordens egen bane).

Forskerholdet, ledet af UCL og det kinesiske videnskabsakademi, opdagede, at røntgenudbrud blev udløst af periodiske vibrationer af Jupiters magnetiske feltlinjer. Disse vibrationer skaber bølger af plasma (ioniseret gas), der sender tunge ionpartikler "surfing" langs magnetiske feltlinjer, indtil de smadrer ind i planetens atmosfære, frigiver energi i form af røntgenstråler.

Medforfatter Dr. William Dunn (UCL Mullard Space Science Laboratory) sagde:"Vi har set Jupiter producere røntgenstråler i fire årtier, men vi vidste ikke, hvordan det skete. Vi vidste kun, at de blev produceret, da ioner styrtede ned i planetens atmosfære.

"Nu ved vi, at disse ioner transporteres af plasmabølger - en forklaring, der ikke er blevet foreslået før, selvom en lignende proces producerer Jordens egen nordlys. Det kunne, derfor, være et universelt fænomen, til stede på tværs af mange forskellige miljøer i rummet."

For første gang, astronomer har set, hvordan Jupiters magnetfelt er komprimeret, som opvarmer partiklerne og leder dem langs magnetfeltlinjerne ned i Jupiters atmosfære, udløser røntgen-auroraen. Forbindelsen blev skabt ved at kombinere in-situ data fra NASAs Juno-mission med røntgenobservationer fra ESA's XMM-Newton. Kredit:ESA/NASA/Yao/Dunn

Røntgen-auroras forekommer ved Jupiters nord- og sydpol, ofte med urværksregelmæssighed - under denne observation producerede Jupiter udbrud af røntgenstråler hvert 27. minut.

De ladede ionpartikler, der rammer atmosfæren, stammer fra vulkansk gas, der strømmer ud i rummet fra gigantiske vulkaner på Jupiters måne, Io.

Denne gas bliver ioniseret (dens atomer er strippet fri for elektroner) på grund af kollisioner i Jupiters umiddelbare omgivelser, danner en donut af plasma, der omkranser planeten.

Medforfatter Dr. Zhonghua Yao (Chinese Academy of Sciences, Beijing) sagde:"Nu har vi identificeret denne grundlæggende proces, der er et væld af muligheder for, hvor det næste gang kan studeres. Lignende processer forekommer sandsynligvis omkring Saturn, Uranus, Neptun og sandsynligvis også exoplaneter, med forskellige slags ladede partikler, der 'surfer' på bølgerne."

Medforfatter professor Graziella Branduardi-Raymont (UCL Mullard Space Science Laboratory) sagde:"Røntgenstråler produceres typisk af ekstremt kraftige og voldsomme fænomener som sorte huller og neutronstjerner, så det virker mærkeligt, at blot planeter også producerer dem.

"Vi kan aldrig besøge sorte huller, da de er uden for rumrejser, men Jupiter er på vores dørtrin. Med ankomsten af ​​satellitten Juno ind i Jupiters bane, astronomer har nu en fantastisk mulighed for at studere et miljø, der producerer røntgenstråler tæt på."

Jupiters mystiske røntgenauroras er blevet forklaret, afslutte en 40-årig søgen efter et svar. For første gang, astronomer har set, hvordan Jupiters magnetfelt er komprimeret, som opvarmer partiklerne og leder dem langs magnetfeltlinjerne ned i Jupiters atmosfære, udløser røntgen-auroraen. Forbindelsen blev skabt ved at kombinere in-situ data fra NASAs Juno-mission med røntgenobservationer fra ESA's XMM-Newton. Kredit:ESA/NASA/Yao/Dunn

Til den nye undersøgelse, forskere analyserede observationer af Jupiter og dets omgivende miljø udført kontinuerligt over en 26-timers periode af Juno og XMM-Newton satellitterne.

De fandt en klar sammenhæng mellem bølger i plasmaet, der blev detekteret af Juno, og røntgenstråleudbrud ved Jupiters nordpol optaget af X-MM Newton. De brugte derefter computermodellering til at bekræfte, at bølgerne ville drive de tunge partikler mod Jupiters atmosfære.

Hvorfor de magnetiske feltlinjer vibrerer periodisk er uklart, men vibrationen kan skyldes interaktioner med solvinden eller fra højhastighedsplasmastrømme i Jupiters magnetosfære.

Jupiters magnetfelt er ekstremt stærkt - omkring 20, 000 gange så stærk som Jordens - og derfor dens magnetosfære, området kontrolleret af dette magnetiske felt, er ekstremt stort. Hvis det var synligt på nattehimlen, det ville dække et område, der er flere gange så stort som vores måne.