NASA-in teleskop uočio svjetlo najveće energije koje je ikad došlo s Jupitera

Nova opažanja NASA-inog svemirskog opservatorija NuSTAR otkrila su svjetlost najveće energije koja je ikad stigla s Jupitera. Svjetlost, u obliku rendgenskih zraka, također je i svjetlost najveće energije koja je ikad došla s nekog planeta Sunčevog sustava osim Zemlje. 

Niskoenergetske X-zrake

X-zrake su oblik svjetlosti, ali s mnogo većom energijom i kraćim valnim duljinama od vidljive svjetlosti. NASA-in rendgenski opservatorij Chandra i ESA-in opservatorij XMM-Newton proučavali su niskoenergetske X-zrake iz Jupiterovih aurora – svjetlosne emisije u blizini sjevernog i južnog pola planeta koje nastaju kada vulkani na Jupiterovom mjesecu Io tuširaju planet ionima. Jupiterovo snažno magnetsko polje ubrzava te čestice i vodi ih prema polovima planeta, gdje se sudaraju s njegovom atmosferom i oslobađaju energiju u obliku svjetlosti.

Elektrone s mjeseca Ia također ubrzava magnetsko polje planeta, prema opažanjima NASA-ine svemirske letjelice Juno koja je stigla na Jupiter još 2016. Istraživači su smatrali da bi te čestice trebale proizvoditi rendgenske zrake čak i veće energije od onoga što su primijetili Chandra i XMM-Newton, a NuSTAR (kratica od Nuclear Spectroscopic Telescope Array) je prvi opservatorij koji je potvrdio ovu hipotezu.

“Planetima je prilično izazovno generirati X-zrake u rasponu koji NuSTAR detektira”, rekla je Kaya Mori, astrofizičarka sa Sveučilišta Columbia i glavna autorica nove studije. “Ali Jupiter ima ogromno magnetsko polje i vrti se prilično brzo. Te dvije karakteristike znače da magnetosfera planeta djeluje kao divovski akcelerator čestica i to je ono što čini moguće emisije veće energije.”

Svjetlost može doći od različitih izvora

Istraživači su se suočili s više prepreka kako bi otkrili jaku svjetlost jer su emisije veće energije znatno teže za uočiti od onih s nižom energijom. Znanstvenici nisu mogli objasniti neotkrivanje ove svjetlosti od strane Ulyssesa, zajedničke misije NASA-e i ESA-e koja je bila u stanju osjetiti rendgenske zrake još veće energije nego NuSTAR. Svemirska letjelica Ulysses lansirana je 1990. godine i nakon višestrukih produljenja misije, radila je sve do 2009. godine.

Rješenje te zagonetke, prema novom istraživanju, leži u mehanizmu koji proizvodi visokoenergetske X-zrake. Svjetlost dolazi od energetskih elektrona koje Juno može detektirati svojim instrumentima Jovian Auroral Distributions Experiment (JADE) i Jupiterovim instrumentom za detektor energetskih čestica (JEDI), ali postoji više mehanizama koji mogu potaknuti čestice da proizvodu svjetlost. Bez izravnog promatranja svjetlosti koju čestice emitiraju, gotovo je nemoguće znati koji je mehanizam za to odgovoran.

U ovom slučaju, krivac je ono što se zove zakočno zračenje. Kad elektroni koji se brzo kreću naiđu na nabijene atome u Jupiterovoj atmosferi, atomi ih privlače  poput magneta. Elektroni zatim brzo usporavaju i gube energiju u obliku visokoenergetskih rendgenskih zraka. Svaki mehanizam za emitiranje svjetlosti proizvodi malo drugačiji svjetlosni profil. Znanstvenici su dokazali da bi X-zrake trebale biti znatno slabije pri višim energijama, uključujući Ulyssesov raspon detekcije.

https://kozmos.hr/4479-2/

“Kada biste napravili jednostavnu ekstrapolaciju podataka NuSTAR-a, mislili biste da je Ulysses u stanju detektirati X-zrake na Jupiteru”, rekla je Shifra Mandel, dr. sc. astrofizike na Sveučilištu Columbia i koautor nove studije. “Ali napravili smo model koji uključuje emisiju zakočnog zračenja, a taj model ne samo da odgovara promatranjima NuSTAR-a, već nam pokazuje da bi pri još većim energijama rendgenske zrake bile preslabe da bi ih Ulysses mogao otkriti.”

Na Zemlji su znanstvenici otkrili X-zrake u aurorama s većom energijom od onoga što je NuSTAR vidio na Jupiteru. Ali te emisije su iznimno slabe, puno slabije od Jupiterovih, i mogu ih uočiti samo mali sateliti na velikim visinama koji se nalaze iznimno blizu mjesta u atmosferi gdje se stvaraju te X-zrake. Promatranje ovih emisija u Jupiterovoj atmosferi također je zahtijevalo rendgenski instrument blizu planeta s većom osjetljivošću od onih koje je nosio Ulysses 1990-ih.

Novo poglavlje u istraživanjima emisija X-zraka

“Otkriće ovih emisija ne zatvara ovaj slučaj, već otvara novo poglavlje”, rekao je William Dunn, istraživač na University College London i koautor rada. “Još uvijek imamo mnogo pitanja o tim emisijama i njihovim izvorima. Znamo da rotirajuća magnetska polja mogu ubrzati čestice, ali ne razumijemo u potpunosti kako one postižu tako velike brzine na Jupiteru. Koji temeljni procesi prirodno proizvode takve energetske čestice?”

Znanstvenici se također nadaju da im proučavanje Jupiterovih rendgenskih zraka može pomoći u razumijevanju još kompleksnijih objekata u našem svemiru. NuSTAR obično proučava objekte izvan našeg Sunčevog sustava, poput eksplodirajućih zvijezda i diskova vrućeg plina ubrzanih gravitacijom masivnih crnih rupa.

Nova studija primjer je kako znanstvenici mogu usporedno koristiti opažanja NuSTAR-a i podatke uzete blizu izvora X-zraka od strane letjelice Juno. To je omogućilo istraživačima da izravno testiraju svoje ideje o tome što stvara ove visokoenergetske X-zrake. Jupiter također dijeli brojne fizičke sličnosti s drugim magnetskim objektima u svemiru kao što su magnetari, neutronske zvijezde i bijeli patuljci, no istraživači ne razumiju u potpunosti kako se čestice ubrzavaju u magnetosferama tih objekata i pritom emitiraju visokoenergetsko zračenje. Proučavajući Jupiter, istraživači bi mogli otkriti detalje udaljenih izvora koje još ne možemo posjetiti.

https://kozmos.hr/astronomi-uocili-tajanstveni-izvor-energije-drugaciji-od-svega-sto-smo-dosad-vidjeli/

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

–t.me/kozmoshr

Izvori:

Cofiled C. (10. veljače 2022.), NASA Telescope Spots Highest-Energy Light Ever Detected From Jupiter, Nasa.gov (pristup 11. veljače 2022.)