Captada la luz de mayor energía detectada desde Júpiter

El observatorio espacial NuSTAR de la NASA ha revelado la luz de mayor energía jamás detectada en Júpiter.

La luz, en forma de rayos X que NuSTAR puede detectar, es también la luz de mayor energía jamás detectada en un planeta del sistema solar que no sea la Tierra.

El hallazgo resuelve un misterio de décadas: por qué la misión Ulysses no vio rayos X cuando pasó por Júpiter en 1992. El estudio de los rayos X de baja energía de las auroras de Júpiter: espectáculos de luces cerca de los polos norte y sur del planeta que se producen cuando los volcanes en la luna IO de Júpiter llenan el planeta con iones. El poderoso campo magnético de Júpiter acelera estas partículas y las canaliza hacia los polos del planeta, donde chocan con su atmósfera y liberan energía en forma de luz. Los investigadores demostraron que los rayos X deberían volverse significativamente más débiles a energías más altas.

Un nuevo estudio revela rayos X de mayor frecuencia y explica por qué eludieron otra misión hace 30 años.

Se sabe que las auroras del planeta producen luz de rayos X de baja energía. Los científicos han estado estudiando a Júpiter de cerca desde la década de 1970, pero el gigante gaseoso todavía está lleno de misterios. Ahora, el observatorio espacial  NuSTAR de la NASA ha revelado la luz de mayor energía jamás detectada en Júpiter.

La luz, en forma de rayos X que NuSTAR puede detectar, es también la luz de mayor energía jamás detectada en un planeta del sistema solar que no sea la Tierra. Un artículo en la revista Nature Astronomy informa sobre el hallazgo y resuelve un misterio de décadas: por qué la misión Ulysses no vio rayos X cuando pasó por Júpiter en 1992.

El estudio de los rayos X de baja energía de las auroras de Júpiter: espectáculos de luces cerca de los polos norte y sur del planeta que se producen cuando los volcanes en la luna IO de Júpiter llenan el planeta con iones. El poderoso campo magnético de Júpiter acelera estas partículas y las canaliza hacia los polos del planeta, donde chocan con su atmósfera y liberan energía en forma de luz. Los electrones de Io también son acelerados por el campo magnético del planeta, según las observaciones de la nave espacial Juno de la NASA, que llegó a Júpiter en 2016.

Los investigadores sospecharon que esas partículas deberían producir rayos X de energía aún mayor que lo que observaron Chandra y XMM-Newton. y NuSTAR (abreviatura de Nuclear Spectroscopic Telescope Array) es el primer observatorio que confirma esa hipótesis.

“Es bastante desafiante para los planetas generar rayos X en el rango que detecta NuSTAR”, dijo Kaya Mori, astrofísica de la Universidad de Columbia y autora principal del nuevo estudio. “Pero Júpiter tiene un enorme campo magnético y está girando muy rápido. Esas dos características significan que la magnetosfera del planeta actúa como un acelerador de partículas gigante, y eso es lo que hace posible estas emisiones de mayor energía”.

Los investigadores enfrentaron múltiples obstáculos para realizar la detección de NuSTAR. La solución a ese rompecabezas, según el nuevo estudio, radica en el mecanismo que produce los rayos X de alta energía. En este caso, el culpable es algo llamado emisión bremsstrahlung. Cuando los electrones que se mueven rápidamente se encuentran con átomos cargados en la atmósfera de Júpiter, son atraídos por los átomos como imanes. Esto hace que los electrones desaceleren rápidamente y pierden energía en forma de rayos X de alta energía.

Cada mecanismo de emisión de luz produce un perfil de luz ligeramente diferente. Usando estudios establecidos de perfiles de luz de bremsstrahlung, los investigadores demostraron que los rayos X deberían volverse significativamente más débiles a energías más altas, incluso en el rango de detección de Ulysses.

“Si hiciera una simple extrapolación de los datos de NuSTAR, le mostraría que Ulysses debería haber sido capaz de detectar rayos X en Júpiter”, dijo Shifra Mandel, Ph.D. estudiante de astrofísica en la Universidad de Columbia y coautor del nuevo estudio. "Pero construimos un modelo que incluye emisión de bremsstrahlung, y ese modelo no solo coincide con las observaciones de NuSTAR, sino que nos muestra que a energías aún más altas, los rayos X habrían sido demasiado débiles para que Ulysses los detectara".

Las conclusiones del artículo se basaron en observaciones simultáneas de Júpiter realizadas por NuSTAR, Juno y XMM-Newton.

En la Tierra, los científicos han detectado rayos X en las auroras de la Tierra con energías aún más altas que las que NuSTAR vio en Júpiter. Pero esas emisiones son extremadamente débiles, mucho más débiles que las de Júpiter, y solo pueden ser detectadas por pequeños satélites o globos de gran altitud que se acercan mucho a los lugares de la atmósfera que generan esos rayos X.

“El descubrimiento de estas emisiones no cierra el caso; está abriendo un nuevo capítulo”, dijo William Dunn, investigador del University College London y coautor del artículo. “Todavía tenemos muchas preguntas sobre estas emisiones y sus fuentes. Sabemos que los campos magnéticos giratorios pueden acelerar partículas, pero no entendemos completamente cómo alcanzan velocidades tan altas en Júpiter.

Los científicos también esperan que el estudio de las emisiones de rayos X de Júpiter pueda ayudarlos a comprender objetos aún más extremos en nuestro universo. NuSTAR normalmente estudia objetos fuera de nuestro sistema solar, como estrellas en explosión y discos de gas caliente acelerados por la gravedad de agujeros negros masivos.

Al estudiar a Júpiter, los investigadores pueden revelar detalles de fuentes distantes que aún no podemos visitar.

Referencia: 

Mori, K et al. Observation and origin of non-thermal hard X-rays from Jupiter.
Nat Astron (2022).
https://doi.org/10.1038/s41550-021-01594-8

 

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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