Para ilmuwan memecahkan misteri 40 tahun tentang sinar-X yang sangat kuat dari aurora borealis Jupiter

Sebuah tim peneliti telah memecahkan misteri puluhan tahun tentang bagaimana Jupiter menghasilkan ledakan sinar-X yang menakjubkan setiap beberapa menit.

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh UCL (University College London) telah memecahkan teka-teki berusia puluhan tahun tentang bagaimana Jupiter menghasilkan ledakan sinar-X yang menakjubkan setiap beberapa menit.

Sinar-X adalah bagian dari aurora Jupiter – semburan cahaya tampak dan tak terlihat yang terjadi ketika partikel bermuatan berinteraksi dengan atmosfer planet. Fenomena serupa terjadi di Bumi, di mana ia menciptakan Cahaya Utara, tetapi Jupiter jauh lebih kuat, melepaskan ratusan gigawatt energi, cukup untuk menggerakkan peradaban manusia secara singkat. *

Dalam sebuah studi baru yang diterbitkan di kemajuan ilmu pengetahuanPara peneliti menggabungkan pengamatan dekat lingkungan Jupiter oleh satelit Juno NASA, yang saat ini mengorbit planet ini, dengan pengukuran sinar-X simultan dari Observatorium XMM-Newton Badan Antariksa Eropa (di orbit Bumi).

Tim peneliti, yang dipimpin oleh UCL dan Chinese Academy of Sciences, menemukan bahwa suar sinar-X disebabkan oleh getaran periodik dari garis-garis medan magnet Jupiter. Getaran ini menciptakan gelombang plasma (gas terionisasi) yang mengirim partikel ion berat “berselancar” di sepanjang garis medan magnet hingga mereka bertabrakan dengan atmosfer planet, melepaskan energi dalam bentuk sinar-X.

Gambar overlay kutub Jupiter dari satelit Juno NASA dan teleskop sinar-X Chandra NASA. Gambar kiri menunjukkan proyeksi sinar-X aurora borealis (magenta) Jupiter pada citra JunoCam di Kutub Utara. Kanan menunjukkan rekan selatan. Kredit: NASA Chandra / Juno Walk / Dunn

Rekan penulis Dr. William Dunn (UCLA Mullard Space Science Laboratory) mengatakan: “Kami telah melihat Jupiter menghasilkan aurora sinar-X selama empat dekade, tetapi kami tidak tahu bagaimana itu terjadi. Kami tahu mereka hanya diproduksi ketika ion menghantam atmosfer.atmosfer planet.

“Kita sekarang tahu bahwa ion-ion ini diangkut oleh gelombang plasma – penjelasan yang belum pernah diajukan sebelumnya, meskipun proses serupa menghasilkan aurora Bumi sendiri. Oleh karena itu, ini bisa menjadi fenomena global, hadir di banyak lingkungan berbeda di luar angkasa” .

Aurora sinar-X terjadi di kutub utara dan selatan Jupiter, seringkali dengan jarum jam yang teratur—selama pengamatan ini, Jupiter menghasilkan semburan sinar-X setiap 27 menit.

Partikel ion bermuatan yang menghantam atmosfer berasal dari gas vulkanik yang mengalir ke luar angkasa dari gunung berapi raksasa di bulan Jupiter, Io.

Gas ini terionisasi (atomnya terlepas dari elektron) karena tumbukan di lingkungan langsung Jupiter, membentuk donat plasma yang mengelilingi planet ini.

Untuk pertama kalinya, para astronom telah melihat cara di mana medan magnet Jupiter dikompresi, yang memanaskan partikel dan mengarahkannya sepanjang garis medan magnet ke atmosfer Jupiter, menciptakan aurora sinar-X. Komunikasi dilakukan dengan menggabungkan data in-situ dari misi Juno NASA dengan pengamatan sinar-X dari XMM-Newton Badan Antariksa Eropa. Kredit: ESA/NASA/Yao/Dunn

Co-lead penulis Dr Zhonghua Yao (Akademi Ilmu Pengetahuan Cina, Beijing) mengatakan: “Sekarang kami telah mengidentifikasi proses mendasar ini, ada banyak kemungkinan di mana itu dapat dipelajari selanjutnya. Proses serupa kemungkinan terjadi di sekitar Saturnus, Uranus, Neptunus, dan mungkin di sekitar exoplanet, juga dengan berbagai jenis partikel bermuatan yang “berselancar” di gelombang.

Rekan penulis Profesor Graziella Brandoardi-Raymont (UCLA Space Science Laboratory), mengatakan: “Sinar-X biasanya dihasilkan oleh fenomena yang sangat kuat dan keras seperti lubang hitam dan bintang neutron, jadi tampaknya aneh bahwa hanya planet yang memproduksinya juga.

“Kita tidak pernah bisa mengunjungi lubang hitam, karena mereka berada di luar perjalanan ruang angkasa, tetapi Jupiter ada di depan pintu kita. Dengan Jupiter yang mengorbit Juno, para astronom sekarang memiliki kesempatan fantastis untuk mempelajari lingkungan yang menghasilkan sinar-X dari dekat.”

Untuk studi baru, para peneliti menganalisis pengamatan Jupiter dan lingkungan sekitarnya secara terus menerus selama 26 jam oleh satelit Juno dan XMM-Newton.

Mereka menemukan korelasi yang jelas antara gelombang dalam plasma yang dideteksi oleh Juno dan suar sinar-X aurora kutub utara Jupiter yang direkam oleh XMM-Newton. Kemudian mereka menggunakan pemodelan komputer untuk memastikan bahwa gelombang akan mendorong partikel berat ke atmosfer Jupiter.

Mengapa garis-garis medan magnet bergetar secara berkala tidak jelas, tetapi getaran itu mungkin dihasilkan dari interaksi dengan angin matahari atau dari aliran plasma berkecepatan tinggi di dalam magnetosfer Jupiter.

Medan magnet Jupiter sangat kuat – sekitar 20.000 kali lebih kuat dari Bumi – dan oleh karena itu magnetosfernya, area yang dikendalikan oleh medan magnet ini, sangat besar. Jika terlihat di langit malam, itu akan menutupi area beberapa kali ukuran Bulan kita.

Pekerjaan ini didukung oleh Akademi Ilmu Pengetahuan China, Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional China, Dewan Fasilitas Sains dan Teknologi Inggris (STFC), Royal Society, Dewan Penelitian Lingkungan Alam, serta Badan Antariksa Eropa dan NASA.

* Aurora sinar-X Jupiter saja melepaskan gigawatt, setara dengan apa yang akan dihasilkan oleh satu pembangkit listrik selama beberapa hari.

Referensi: 9 Juli 2021, kemajuan ilmu pengetahuan.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851