De mystérieuses images de rayons X à haute énergie espionnées depuis Jupiter

Jupiter Enfin, des projections de rayons X à des longueurs d’onde de haute énergie ont été observées.

Émanations des aurores permanentes de la planète géante, détectées par le télescope spatial à rayons X de la NASA nostarles émissions sont la lumière la plus énergétique vue provenant de n’importe quelle planète du système solaire (à l’exception de la Terre).

Cette découverte pourrait faire la lumière sur les aurores boréales les plus puissantes du système solaire, et résoudre un mystère séculaire : pourquoi la jointure entre l’Agence spatiale européenne et l’agence spatiale américaine (NASA) Ulysse Le vaisseau spatial n’a détecté aucun rayon X jovien au cours de ses près de trois décennies de fonctionnement entre 1990 et 2009.

La formation des aurores boréales de Jupiter est un phénomène très remarquable. Aux deux pôles, la planète est entourée d’aurores perpétuelles – invisibles à nos yeux, mais brillantes aux longueurs d’onde ultraviolettes. Ces régions ont également été observées émettant des rayons X de basse énergie ou « mous » par les observatoires de rayons X Chandra et XMM-Newton.

Les scientifiques pensent qu’il doit également y avoir une énergie élevée, ou rayons X « durs », au-delà de ce que ces outils peuvent détecter. Ils ont donc utilisé Neustar pour le rechercher.

« Il est très difficile pour les planètes de générer des rayons X dans la gamme détectée par Neustar », L’astrophysicienne Kaia Morey a déclaré : de l’Université Columbia.

« Mais Jupiter a un champ magnétique énorme, et il tourne très vite. Ces deux propriétés signifient que la magnétosphère de la planète agit comme un accélérateur de particules géant, et c’est ce qui rend ces émissions à haute énergie possibles. »

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Les aurores boréales de Jupiter sont similaires et différentes des aurores boréales sur Terre, car elles sont générées par des particules soufflant du soleil. Ils entrent en collision avec le champ magnétique terrestre, qui envoie des particules chargées telles que des protons et des électrons qui oscillent le long des lignes de champ magnétique vers les pôles, où ils pleuvent sur la haute atmosphère terrestre et entrent en collision avec des particules atmosphériques. L’ionisation résultante de ces particules génère d’étonnantes lumières dansantes.

Sur Jupiter, le mécanisme de base est similaire, mais il existe quelques différences. Les aurores boréales sont constantes et permanentes, comme indiqué précédemment; C’est parce que les particules ne sont pas solaires, mais de la lune Io de Jovian, le monde le plus volcanique du système solaire.

Elle émet en permanence du dioxyde de soufre, qui est instantanément éliminé par une interaction gravitationnelle complexe avec la planète, s’ionisant et formant un cerceau de plasma autour de la géante gazeuse. Les particules de ce cerceau sont envoyées en bourdonnant le long des lignes de champ magnétique vers les pôles, etc.

Émission détectée par NuSTAR. (NASA/JPL-Caltech)

Ce processus génère des rayons X mous, comme cela a été découvert précédemment. Maintenant, une radiographie dure a également été trouvée. Ce n’était pas une découverte facile, car les rayons X à haute énergie sont assez faibles, mais les chercheurs ont déclaré que cela n’expliquait pas pourquoi Ulysse ne pouvait pas les détecter. Ils trouvent que la réponse réside dans la façon dont les rayons X difficiles sont générés.

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Lorsque les électrons accélèrent le long des lignes de champ magnétique de Jupiter, ils finissent par pénétrer dans l’atmosphère de la planète à grande vitesse. Lorsque ces électrons pénètrent à proximité des noyaux d’un atome et de ses champs électriques, ces électrons sont soudainement déviés et ralentis. Cependant, leur énergie cinétique doit aller quelque part, selon la loi de conservation de l’énergie, pour qu’elle soit convertie en rayonnement X.

C’est appelé bremsstrahlung, ou freinage par rayonnement. Les rayons X mous sont générés via un mécanisme différent appelé échange de charge, dans lequel les électrons sont transférés en ions, dont l’excitation génère une lueur.

Ces mécanismes produisent un profil optique différent, ont déclaré les chercheurs. À des énergies plus élevées, les rayons X de bremsstrahlung doivent être plus faibles à des énergies plus élevées, ce qui explique pourquoi Ulysse ne les trouve jamais.

L’équipe a modélisé les données, y compris le mécanisme de bremsstrahlung, et a non seulement correspondu aux observations de NuSTAR, mais a montré que les émissions se situent en dehors de la plage de sensibilité de l’Ulysses. Bon jusqu’à présent, mais nous commençons tout juste à enquêter sur ce phénomène.

Par exemple, alors que NuSTAR était capable de détecter des rayons X durs dans la région générale de l’aurore jovienne, il n’a pas été en mesure de déterminer un point d’émission exact.

« La découverte de ces émissions ne clôt pas l’affaire ; elle ouvre un nouveau chapitre » L’astronome William Dunn a dit, de l’University College London au Royaume-Uni.

« Nous avons encore beaucoup de questions sur ces émissions et leurs sources. Nous savons que les champs magnétiques rotatifs peuvent accélérer les particules, mais nous ne comprenons pas entièrement comment ils atteignent des vitesses aussi élevées sur Jupiter. Quels sont les processus de base qui produisent naturellement de telles particules énergétiques ? » « 

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Les futures études aux rayons X des aurores boréales de Jupiter pourraient aider à mieux comprendre la physique en jeu.

La recherche a été publiée dans astronomie naturelle.

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