Risolto il mistero delle aurore a raggi X di Giove: è causato da una “bellissima catena di eventi”

Il mistero delle aurore a raggi X di Giove è stato risolto: per la prima volta, gli astronomi planetari hanno osservato l'intero meccanismo all'opera, che potrebbe verificarsi anche in molte altre parti dell'Universo

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Gli astronomi planetari hanno studiato per decenni la spettacolare emissione aurorale di raggi X di Giove. I “colori” dei raggi X di queste aurore mostrano che sono innescate ​​da particelle cariche elettricamente chiamate ioni che si schiantano nell’atmosfera del gigante gassoso, ma gli astronomi non avevano idea di come gli ioni fossero in grado di raggiungere l’atmosfera.

Ora, per la prima volta, hanno osservato gli ioni “navigare” le onde elettromagnetiche nel campo magnetico di Giove, giù nell’atmosfera.
Gli indizi più importanti sono arrivati ​​da una nuova analisi dei dati del telescopio XMM-Newton dell’ESA e della sonda spaziale Juno della NASA. Situato nell’orbita terrestre, XMM-Newton effettua osservazioni a distanza di Giove alle lunghezze d’onda dei raggi X. Juno orbita il pianeta gigante, effettuando rilevazioni in situ dall’interno del campo magnetico di Giove.

L’indizio su cosa cercare è arrivato quando Zhonghua Yao, dell’Istituto di geologia e geofisica dell’Accademia cinese delle scienze a Pechino, autore principale del nuovo studio, si è reso conto che qualcosa non aveva senso nelle aurore a raggi X di Giove.

Sulla Terra, le aurore sono visibili solo in una fascia che circonda i poli magnetici, tra i 65 e gli 80 gradi di latitudine. Oltre gli 80 gradi, l’emissione aurorale scompare perché qui le linee del campo magnetico lasciano la Terra e si collegano al campo magnetico nel vento solare, che è il flusso costante di particelle cariche elettricamente espulse dal Sole. Queste sono chiamate linee di campo aperto e, tradizionalmente, le regioni polari ad alta latitudine di Giove e Saturno non dovrebbero emettere aurore sostanziali.
Tuttavia, le aurore a raggi X di Giove non sono coerenti con questo quadro: si verificano verso il polo della fascia aurorale principale, pulsano regolarmente e talvolta possono essere diverse al polo nord dal polo sud. Queste sono caratteristiche tipiche di un campo magnetico “chiuso”, in cui la linea del campo magnetico esce dal pianeta da un polo e si riconnette con il pianeta all’altro. Tutti i pianeti con campi magnetici hanno componenti di campo sia aperto che chiuso.

Grazie a simulazioni al computer, Zhonghua e colleghi avevano precedentemente scoperto che le aurore pulsanti a raggi X potevano essere collegate a campi magnetici chiusi generati all’interno di Giove ed estesi per milioni di km nello Spazio prima di tornare indietro.

Il 16 e 17 luglio 2017, XMM-Newton ha osservato Giove ininterrottamente per 26 ore e ha osservato aurore a raggi X pulsare ogni 27 minuti. Allo stesso tempo, Juno stava viaggiando tra 62 e 68 raggi di Giove al di sopra delle aree pre-alba del pianeta. Questa era esattamente l’area che in base alle simulazioni del team doveva avere un ruolo importante nell’innesco delle pulsazioni. Quindi, il team ha cercato nei dati di Juno eventuali processi magnetici che si stavano verificando alla stessa velocità.

Gli esperti hanno quindi scoperto che le aurore pulsanti a raggi X sono causate dalle fluttuazioni del campo magnetico di Giove: mentre il pianeta ruota, trascina il suo campo magnetico, colpito direttamente dalle particelle del vento solare e compresso. Queste compressioni riscaldano le particelle che sono intrappolate nel campo magnetico di Giove e ciò innesca un fenomeno chiamato onde elettromagnetiche ciclotroniche ioniche (EMIC), in cui le particelle sono dirette lungo le linee di campo.
Le particelle stesse sono atomi carichi elettricamente, chiamati ioni. Guidati dal campo, gli ioni “navigano” l’onda EMIC attraverso milioni di km di Spazio, schiantandosi infine nell’atmosfera del pianeta e innescando l’aurora a raggi X.
Quello che vediamo nei dati di Juno è questa bellissima catena di eventi. Vediamo la compressione, vediamo l’innesco dell’onda EMIC, vediamo gli ioni e poi vediamo un impulso di ioni che viaggia lungo la linea di campo. E poi, pochi minuti dopo, XMM vede un’esplosione di raggi X,” ha spiegato William Dunn, del Mullard Space Science Laboratory presso lo University College London, che ha co-diretto la ricerca.

Ora che il processo responsabile delle aurore a raggi X di Giove è stato identificato per la prima volta, si apre una vasta gamma di possibilità su dove potrebbe essere studiato in seguito. Ad esempio, su Giove, il campo magnetico è pieno di ioni di zolfo e ossigeno che vengono emessi dai vulcani sulla luna Io. Su Saturno, la luna Encelado emette acqua nello Spazio, riempiendo il campo magnetico del pianeta con ioni del gruppo dell’acqua.
Questo è un processo fondamentale applicabile a Saturno, Urano, Nettuno e probabilmente anche agli esopianeti,” ha affermato Zhonghua.
Il processo potrebbe essere più ampiamente applicabile anche perché ora che è stato rivelato, rimanda a una sorprendente somiglianza con le aurore di ioni che si verificano qui sulla Terra. Nel caso del nostro pianeta, lo ione responsabile è un protone, che proviene da un atomo di idrogeno, e il processo non è abbastanza energetico per creare raggi X, però, il processo di base è lo stesso. Quindi, l’aurora a raggi X di Giove è fondamentalmente un’aurora di ioni, sebbene con un’energia molto più alta dell’aurora di protoni sulla Terra.

Le onde EMIC potrebbero svolgere un ruolo importante nel trasferimento di energia da un luogo all’altro nel cosmo,” ha spiegato William.

Per quanto riguarda lo stesso Giove, lo studio delle sue aurore proseguirà con JUpiter ICy lune Explorer (Juice) dell’ESA: con arrivo previsto entro il 2029, Juice studierà l’atmosfera del pianeta, la magnetosfera e l’effetto che le quattro lune più grandi di Giove hanno sulle aurore.