Астрономи пояснили загадку рентгенівського випромінювання Юпітера

Відомо, що планетарні аврори виробляють низькоенергетичне рентгенівське випромінювання. Нове дослідження нарешті виявило більш високочастотні рентгенівські промені і пояснює, чому вони вислизнули від іншої місії 30 років тому.

Світло найвищої енергії, коли-небудь виявленої на Юпітері

Вчені вивчають Юпітер з 1970-х років, але газовий гігант все ще сповнений загадок. Спостереження космічної обсерваторії НАСА NuSTAR виявили світло найвищої енергії, яке будь-коли було виявлено на Юпітері. Дослідження, опубліковане лютого в журналі Nature, було проведене в лабораторії професора Ченга Чина, який вивчає нові квантові системи.

Світло у формі рентгенівських променів, які може реєструвати NuSTAR, також є найбільш високоенергетичним світлом, коли-небудь виявленим від інших планет Сонячної системи, крім Землі.

Стаття в журналі Nature Astronomy повідомляє про цю знахідку і розв'язує загадку десятирічної давнини: чому місія Ulysses не побачила рентгенівських променів, коли пролітала повз Юпітер у 1992 році.

Рентгенівські промені - це різновид світла, але з набагато вищою енергією і меншою довжиною хвилі, ніж видиме світло, яке сприймають людські очі.

Вулканічна активність Іо, супутника Юпітера

Рентгенівська обсерваторія НАСА "Чандра" та обсерваторія ЄКА (Європейського космічного агентства) XMM-Newton вивчали низькоенергетичне рентгенівське випромінювання від аврор Юпітера - світлових шоу поблизу північного й південного полюсів планети, які утворюються, коли вулкани на місяці Юпітера Іо обсипають планету іонами. Потужне магнітне поле Юпітера прискорює ці частинки і спрямовує їх до полюсів планети, де вони стикаються з її атмосферою і вивільняють енергію у вигляді світла.

Електрони з Іо також прискорюються магнітним полем планети, згідно зі спостереженнями космічного апарату НАСА Juno, який прибув до Юпітера 2016 року.

Дослідники підозрювали, що ці частинки повинні виробляти рентгенівське випромінювання ще більш високої енергії, ніж те, що спостерігали Chandra і XMM-Newton, і NuSTAR - перша обсерваторія, яка підтвердила цю гіпотезу.

"Планетам досить складно генерувати рентгенівське випромінювання в тому діапазоні, який виявляє NuSTAR", - каже Кайя Морі, астрофізик із Колумбійського університету і провідний автор нового дослідження.

"Але у Юпітера величезне магнітне поле, і він обертається дуже швидко. Ці дві характеристики означають, що магнітосфера планети діє як гігантський прискорювач частинок, і саме це робить можливими високоенергетичні викиди".

Дослідники зіткнулися з численними перешкодами, щоб зробити виявлення NuSTAR. Високоенергетичні викиди значно слабші за низькоенергетичні. ґ

Але жодна з цих проблем не могла пояснити астрономічну сліпоту Улісса. Космічний апарат був запущений 1990 року і, після багаторазового продовження місії, пропрацював до 2009 року.

Бремштралунгове випромінювання

Рішення цієї загадки, згідно з новим дослідженням, криється в механізмі, який виробляє високоенергетичні рентгенівські промені. Світло виходить від енергійних електронів, які Juno може виявити за допомогою своїх приладів Jovian Auroral Distributions Experiment (JADE) і Jupiter Energetic-particle Detector Instrument (JEDI), проте є безліч механізмів, які змушують частинки випромінювати світло. Без прямого спостереження світла, яке випромінюють частинки, практично неможливо визначити механізм, що відповідає за нього.

Бремштралунгове випромінювання

Фото: Project RT PH
Bremsstrahlung - це німецьке слово, що означає "уповільнене випромінювання". - Рентгенівське випромінювання утворюється, коли електрон-снаряд сповільнюється ядерним полем ядра атома-мішені. Втрата кінетичної енергії знову з'являється у вигляді рентгенівського випромінювання.

 

У цьому випадку винуватцем є так зване бремсстралунгове випромінювання. Коли швидко рухомі електрони стикаються із зарядженими атомами в атмосфері Юпітера, вони притягуються до них, як магніти. Це змушує електрони швидко сповільнюватися і втрачати енергію у вигляді високоенергетичного рентгенівського випромінювання.

Схоже на те, як автомобіль, що швидко рухається, передає енергію своїй гальмівній системі, щоб сповільнитися; фактично, bremsstrahlung у перекладі з німецької означає "гальмівне випромінювання".

Кожен механізм випускання світла виробляє трохи відмінний профіль світла. Використовуючи відомі дослідження профілів бремштралунгового випромінювання, дослідники показали, що рентгенівські промені стають значно слабкішими за більш високих енергій, зокрема в діапазоні виявлення "Улісса".

Висновки статті ґрунтуються на одночасних спостереженнях Юпітера за допомогою NuSTAR, Juno і XMM-Newton.

За матеріалами nustar.caltech.edu

Написати коментар