Se resuelve el misterio de las causas de los rayos X de las auroras de Júpiter
Se ha resuelto el misterio de hace 40 años sobre las causas de las auroras de rayos X de Júpiter. Por primera vez, los astrónomos han visto el mecanismo completo en funcionamiento, y podría ser un proceso que también ocurre en muchas otras partes del Universo.
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| Se han explicado las misteriosas auroras de rayos X de Júpiter, poniendo fin a una búsqueda de una respuesta de 40 años. Por primera vez, los astrónomos han visto la forma en que se comprime el campo magnético de Júpiter, que calienta las partículas y las dirige a lo largo de las líneas del campo magnético hacia la atmósfera de Júpiter, provocando la aurora de rayos X. La conexión se realizó mediante la combinación de datos in situ de la misión Juno de la NASA con observaciones de rayos X del XMM-Newton de la ESA. Crédito: Yao / Dunn / ESA / NASA |
Los astrónomos planetarios han estudiado la espectacular emisión de auroras de rayos X de Júpiter durante décadas. Los "colores" de rayos X de estas auroras muestran que son provocadas por partículas cargadas eléctricamente llamadas iones que chocan contra la atmósfera de Júpiter. Pero los astrónomos no tenían idea de cómo los iones pudieron llegar a la atmósfera en primer lugar.
Ahora, por primera vez, han visto a los iones "surfear" ondas electromagnéticas en el campo magnético de Júpiter, hacia la atmósfera.
Las pistas vitales provienen de un nuevo análisis de datos del telescopio XMM-Newton de la ESA y la nave espacial Juno de la NASA. Situado en la órbita de la Tierra, XMM-Newton realiza observaciones remotas de Júpiter en longitudes de onda de rayos X. Juno, por otro lado, rodea el planeta gigante en sí, tomando lecturas in situ desde el interior del campo magnético de Júpiter. Pero la pregunta era: ¿qué debería buscar el equipo?
La pista llegó cuando Zhonghua Yao, del Instituto de Geología y Geofísica de la Academia de Ciencias de China, Beijing, y autor principal del nuevo estudio, se dio cuenta de que algo no tenía sentido en las auroras de rayos X de Júpiter.
En la Tierra, las auroras son visibles solo en un cinturón que rodea los polos magnéticos, entre 65 y 80 grados de latitud. Más allá de los 80 grados, la emisión auroral desaparece porque las líneas del campo magnético aquí salen de la Tierra y se conectan al campo magnético del viento solar, que es el flujo constante de partículas cargadas eléctricamente expulsadas por el Sol. Estas se denominan líneas de campo abierto y, en la imagen tradicional, no se espera que las regiones polares de alta latitud de Júpiter y Saturno emitan auroras sustanciales.
Sin embargo, las auroras de rayos X de Júpiter son inconsistentes con esta imagen. Existen hacia los polos del cinturón auroral principal, pulsan regularmente y, a veces, pueden ser diferentes en el polo norte del polo sur. Estas son características típicas de un campo magnético "cerrado", donde la línea del campo magnético sale del planeta en un polo y se vuelve a conectar con el planeta en el otro.
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| Imagen de autor del telescopio espacial de rayos X XMM-Newton de la ESA. Crédito: ESA |
Usando simulaciones por computadora, Zhonghua y sus colegas encontraron previamente que las auroras de rayos X pulsantes podrían estar vinculadas a campos magnéticos cerrados que se generan dentro de Júpiter y luego se extienden millones de kilómetros en el espacio antes de regresar.
El 16 y 17 de julio de 2017, XMM-Newton observó a Júpiter de forma continua durante 26 horas y vio auroras de rayos X pulsando cada 27 minutos. Al mismo tiempo, Juno había estado viajando entre 62 y 68 radios de Júpiter por encima de las áreas del planeta antes del amanecer. Esta fue exactamente el área que las simulaciones del equipo sugirieron que eran importantes para activar las pulsaciones. Entonces, el equipo buscó en los datos de Juno cualquier proceso magnético que estuviera ocurriendo al mismo ritmo.
Descubrieron que las auroras pulsantes de rayos X son causadas por fluctuaciones del campo magnético de Júpiter. A medida que el planeta gira, se arrastra alrededor de su campo magnético. El campo magnético es golpeado directamente por las partículas del viento solar y comprimido. Estas compresiones calientan las partículas que quedan atrapadas en el campo magnético de Júpiter. Esto desencadena un fenómeno llamado ondas ciclotrón de iones electromagnéticos (EMIC), en el que las partículas se dirigen a lo largo de las líneas de campo.
Las propias partículas son átomos cargados eléctricamente llamados iones. Guiados por el campo, los iones "surfean" la onda EMIC a través de millones de kilómetros de espacio, finalmente chocando contra la atmósfera del planeta y provocando la aurora de rayos X.
“Lo que vemos en los datos de Juno es esta hermosa cadena de eventos. Vemos que ocurre la compresión, vemos la onda EMIC disparada, vemos los iones y luego vemos un pulso de iones viajando a lo largo de la línea de campo. Y luego, unos minutos más tarde, XMM ve un estallido de rayos X ”, dice William Dunn, Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard, University College London, quien codirigió la investigación.
Ahora que el proceso responsable de las auroras de rayos X de Júpiter ha sido identificado por primera vez, abre una gran cantidad de posibilidades sobre dónde podría estudiarse a continuación. Por ejemplo, en Júpiter, el campo magnético está lleno de iones de azufre y oxígeno que son arrojados por los volcanes en la luna Io. En Saturno, la luna Encelado lanza agua al espacio, llenando el campo magnético de Saturno con iones de agua.
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| Imagen del autor de la sonda Juno con el planeta Júpiter, su mancha roja y el hemisferio Sur. Crédito: NASA. |
"Este es un proceso fundamental que se aplica a Saturno, Urano, Neptuno y probablemente también a los exoplanetas", dice Zhonghua.
Puede que sea más aplicable incluso que eso porque ahora que se ha revelado el proceso, hay una sorprendente similitud con las auroras de iones que ocurren aquí en la Tierra. En el caso de la Tierra, el ion responsable es un protón, que proviene de un átomo de hidrógeno, y el proceso no es lo suficientemente enérgico como para crear rayos X. Sin embargo, el proceso básico es el mismo. Entonces, la aurora de rayos X de Júpiter es fundamentalmente una aurora de iones, aunque a una energía mucho más alta que la aurora de protones en la Tierra.
“Podría ser que las ondas EMIC desempeñen un papel importante en la transferencia de energía de un lugar a otro a través del cosmos”, dice William.
En cuanto al propio Júpiter, el estudio de sus auroras continuará con el JUpiter ICy moons Explorer (Juice) de la ESA. Programado para llegar en 2029, Juice estudiará la atmósfera del planeta, la magnetosfera y el efecto que tienen las cuatro lunas más grandes de Júpiter en las auroras.
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Se han explicado las misteriosas auroras de rayos X de Júpiter, poniendo fin a una búsqueda de una respuesta de 40 años. Por primera vez, los astrónomos han visto la forma en que se comprime el campo magnético de Júpiter, que calienta las partículas y las dirige a lo largo de las líneas del campo magnético hacia la atmósfera de Júpiter, provocando la aurora de rayos X. La conexión se realizó mediante la combinación de datos in situ de la misión Juno de la NASA con observaciones de rayos X del XMM-Newton de la ESA. Crédito: Yao / Dunn / ESA / NASA
Notas para editores:
‘Revealing the source of Jupiter’s x-ray auroral flares’ by Z.H. Yao and W.R. Dunn et al. (2021) está publicado en Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.abf0851
Contactos de medios:
ESA Media Relations
• Publicado en ESA el 9 de julio del 2021, enlace publicación.
