Captan la luz de mayor energía jamás detectada desde Júpiter
Nuevas observaciones realizadas por el telescopio espacial NuSTAR de la NASA han 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.
Los rayos X
son una forma de luz, pero con energías mucho más altas y longitudes de onda
más cortas que la luz visible que pueden ver los ojos humanos. El Observatorio
de rayos X Chandra de la NASA y el observatorio XMM-Newton de la ESA han
estudiado 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 precipitan sobre el planeta con iones (átomos
despojados de sus electrones).
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. 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 en un comunicado Kaya Mori, astrofísica de la Universidad de
Columbia y autora principal del nuevo estudio. "Pero Júpiter tiene un
enorme campo magnético y gira 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: por ejemplo, las emisiones de mayor energía son significativamente más
débiles que las de menor energía. Pero ninguno de los desafíos pudo explicar la
no detección por parte de Ulysses, una misión conjunta entre la NASA y la ESA
que fue capaz de detectar rayos X de mayor energía que NuSTAR. La nave espacial
Ulysses se lanzó en 1990 y, después de múltiples extensiones de misión,
funcionó hasta 2009.
La solución
a ese rompecabezas, según el nuevo estudio, radica en el mecanismo que produce
los rayos X de alta energía. La luz proviene de los electrones energéticos que
Juno puede detectar con su Experimento Joviano de Distribuciones Aurorales
(JADE) y el Instrumento Detector de Partículas Energéticas de Júpiter (JEDI),
pero existen múltiples mecanismos que pueden hacer que las partículas produzcan
luz. Sin una observación directa de la luz que emiten las partículas, es casi
imposible saber cuál es el mecanismo responsable.
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 pierdan energía en forma de rayos X de alta energía.
Es como si un automóvil en movimiento rápido transfiriera energía a su sistema
de frenos para reducir la velocidad; de hecho, bremsstrahlung significa
"radiación de frenado" en alemán. (Los iones que producen los rayos X
de menor energía emiten luz a través de un proceso llamado emisión de línea
atómica).
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, estudiante de doctorado en 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. De manera
similar, observar estas emisiones en la atmósfera de Júpiter requeriría un
instrumento de rayos X cerca del planeta.
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