Jüpiter’in güney yarım küresi, NASA’nın Juno görevinden alınan bu görüntüde gösterilmektedir. NASA’nın NuSTAR’ı tarafından yapılan yeni gözlemler, gezegenin her iki kutbuna yakın auroraların, hızlandırılmış parçacıklar Jüpiter’in atmosferiyle çarpıştığında üretilen yüksek enerjili X-ışınları yaydığını ortaya koyuyor. Kredi: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS’nin izniyle sağlanan görüntülere dayalı Kevin M. Gill (CC-BY) tarafından geliştirilmiş görüntü
Gezegenin auroralarının düşük enerjili X-ışını ışığı ürettiği bilinmektedir. Yeni bir çalışma sonunda daha yüksek frekanslı X-ışınlarını ortaya çıkardı ve 30 yıl önce neden başka bir görevden kaçtıklarını açıklıyor.
Bilim adamları Jüpiter’i yakından incelemek 1970’lerden beri, ancak gaz devi hala gizemlerle dolu. tarafından yeni gözlemler NASA‘s NuSTAR uzay gözlemevi, şimdiye kadar tespit edilen en yüksek enerjili ışığı ortaya çıkardı. Jüpiter. NuSTAR’ın algılayabildiği X-ışınları formundaki ışık, aynı zamanda Dünya dışında bir güneş sistemi gezegeninden şimdiye kadar tespit edilen en yüksek enerjili ışıktır. Günlükte bir kağıt Doğa Astronomi bulguyu rapor eder ve onlarca yıllık bir gizemi çözer: Neden Ulysses görevi 1992’de Jüpiter’in yanından geçerken hiç X-ışınları görmemişti.
X-ışınları bir ışık şeklidir, ancak insan gözünün görebildiği görünür ışıktan çok daha yüksek enerjilere ve daha kısa dalga boylarına sahiptir. NASA’nın Chandra Röntgen Gözlemevi ve ESA (Avrupa Uzay Ajansı) XMM-Newton Gözlemevi, Jüpiter’in auroralarından düşük enerjili X-ışınları üzerinde çalıştı – gezegenin kuzey ve güney kutuplarına yakın ışık gösterileri, Jüpiter’in uydusu Io’daki yanardağlar gezegeni iyonlarla (atomları elektronlarından arındırılmış atomlarla) yağdırdığında üretilen ışık gösterileri. Jüpiter’in güçlü manyetik alanı bu parçacıkları hızlandırır ve onları atmosferiyle çarpıştıkları ve ışık şeklinde enerji saldıkları gezegenin kutuplarına doğru yönlendirir.
Jüpiter, manyetik alan çizgileri ile birlikte Jovian üst atmosferinin kızılötesi parıltısının sanatsal bir izlenimi ile bağlam için görünür ışıkta gösterilmiştir. Jüpiter’in güçlü manyetik alanı iyonları hızlandırır ve onları atmosferiyle çarpıştıkları ve ışık şeklinde enerji saldıkları gezegenin kutuplarına doğru yönlendirir. Kredi: J. O’Donoghue (JAXA)/Hubble/NASA/ESA/A. Simon/J. Schmidt
NASA’nın gözlemlerine göre, Io’dan gelen elektronlar da gezegenin manyetik alanı tarafından hızlandırılıyor. Juno 2016 yılında Jüpiter’e ulaşan uzay aracı. Araştırmacılar, bu parçacıkların Chandra ve XMM-Newton’un gözlemlediğinden daha yüksek enerjili X-ışınları üretmesi gerektiğinden şüpheleniyorlardı ve NuSTAR (Nükleer Spektroskopik Teleskop Dizisi’nin kısaltması), bu hipotezi doğrulayan ilk gözlemeviydi. .
Astrofizikçi Kaya Mori, “Gezegenlerin NuSTAR’ın tespit ettiği aralıkta X-ışınları üretmesi oldukça zor” dedi. Kolombiya Üniversitesi ve yeni çalışmanın baş yazarı. “Ama Jüpiter’in muazzam bir manyetik alanı var ve çok hızlı dönüyor. Bu iki özellik, gezegenin manyetosferinin dev bir parçacık hızlandırıcı gibi davrandığı anlamına geliyor ve bu yüksek enerji emisyonlarını mümkün kılan da bu.”
Araştırmacılar, NuSTAR tespitini yapmak için birçok engelle karşılaştı: Örneğin, yüksek enerjili emisyonlar, düşük enerjili emisyonlardan önemli ölçüde daha sönük. Ancak zorlukların hiçbiri, NASA ve ESA arasında algılama yeteneğine sahip ortak bir görev olan Ulysses’in tespit edilememesini açıklayamazdı. daha yüksek enerjili X-ışınları NuSTAR’dan daha iyi. Ulysses uzay aracı 1990’da fırlatıldı ve birden fazla görev uzantısından sonra 2009’a kadar çalıştı.
NuSTAR, Jüpiter’in kuzey ve güney kutuplarına yakın auroralardan gelen yüksek enerjili X-ışınları tespit etti. NuSTAR, ışığın kaynağını yüksek hassasiyetle belirleyemez, ancak yalnızca ışığın mor renkli bölgelerde bir yerden geldiğini bulabilir. Kredi: NASA/JPL-Caltech
Yeni araştırmaya göre bu bulmacanın çözümü, yüksek enerjili X-ışınlarını üreten mekanizmada yatıyor. Işık, Juno’nun Jovian Auroral Dağılımlar Deneyi (JADE) ve Jüpiter Enerjik Parçacık Dedektör Aleti (JEDI) ile tespit edebildiği enerjik elektronlardan gelir, ancak parçacıkların ışık üretmesine neden olabilecek birden fazla mekanizma vardır. Parçacıkların yaydığı ışığı doğrudan gözlemlemeden, hangi mekanizmanın sorumlu olduğunu bilmek neredeyse imkansızdır.
Bu durumda, suçlu bremsstrahlung emisyonu denen bir şeydir. Hızlı hareket eden elektronlar, Jüpiter’in atmosferinde yüklü atomlarla karşılaştığında, atomlara mıknatıs gibi çekilirler. Bu, elektronların hızla yavaşlamasına ve yüksek enerjili X-ışınları şeklinde enerji kaybetmesine neden olur. Bu, hızlı hareket eden bir arabanın yavaşlamak için enerjisini fren sistemine aktarması gibidir; aslında, bremsstrahlung Almanca’da “fren radyasyonu” anlamına gelir. (Düşük enerjili X-ışınlarını üreten iyonlar, atomik çizgi emisyonu adı verilen bir süreçle ışık yayar.)
Her ışık yayma mekanizması biraz farklı bir ışık profili üretir. Bremsstrahlung ışık profilleriyle ilgili yerleşik çalışmaları kullanan araştırmacılar, X-ışınlarının Ulysses’in algılama aralığı da dahil olmak üzere daha yüksek enerjilerde önemli ölçüde sönmesi gerektiğini gösterdi.
Ph.D. Shifra Mandel, “NuSTAR verilerinin basit bir tahminini yaptıysanız, bu size Ulysses’in Jüpiter’deki X ışınlarını tespit edebilmesi gerektiğini gösterirdi” dedi. Columbia Üniversitesi’nde astrofizik öğrencisi ve yeni çalışmanın ortak yazarı. “Ama bremsstrahlung emisyonunu içeren bir model oluşturduk ve bu model yalnızca NuSTAR gözlemleriyle eşleşmekle kalmıyor, aynı zamanda bize daha yüksek enerjilerde X-ışınlarının Ulysses’in algılayamayacağı kadar zayıf olacağını gösteriyor.”
Makalenin sonuçları, NuSTAR, Juno ve XMM-Newton tarafından Jüpiter’in eşzamanlı gözlemlerine dayanıyordu.
Yeni Bölümler
Dünya’da bilim adamları, Dünya’nın auroralarında, NuSTAR’ın Jüpiter’de gördüklerinden daha yüksek enerjilere sahip X-ışınları tespit ettiler. Ancak bu emisyonlar son derece zayıf – Jüpiter’inkinden çok daha sönük – ve yalnızca küçük uydular veya atmosferde bu X-ışınlarını üreten yerlere çok yakın olan yüksek irtifa balonları tarafından tespit edilebilir. Benzer şekilde, Jüpiter’in atmosferinde bu emisyonları gözlemlemek, gezegene yakın bir yerde, 1990’larda Ulysses tarafından taşınanlardan daha hassas bir X-ışını cihazı gerektirecektir.
“Bu emisyonların keşfi olayı kapatmıyor; University College London’da araştırmacı ve makalenin ortak yazarı William Dunn, yeni bir sayfa açıyor” dedi. “Bu emisyonlar ve kaynakları hakkında hala çok fazla sorumuz var. Dönen manyetik alanların parçacıkları hızlandırabileceğini biliyoruz, ancak Jüpiter’de nasıl bu kadar yüksek hızlara ulaştıklarını tam olarak anlamıyoruz. Hangi temel süreçler doğal olarak böyle enerjik parçacıkları üretir?”
Bilim adamları ayrıca Jüpiter’in X-ışını emisyonlarını incelemenin, evrenimizdeki daha da aşırı nesneleri anlamalarına yardımcı olabileceğini umuyor. NuSTAR, tipik olarak, büyük kara deliklerin yerçekimi tarafından hızlandırılan patlayan yıldızlar ve sıcak gaz diskleri gibi güneş sistemimizin dışındaki nesneleri inceler.
Yeni çalışma, bilim insanlarının NuSTAR gözlemlerini X-ışınlarının kaynağında (Juno tarafından) alınan verilerle karşılaştırabilen ilk örneğidir. Bu, araştırmacıların bu yüksek enerjili X-ışınlarını neyin yarattığına dair fikirlerini doğrudan test etmelerini sağladı. Jüpiter ayrıca evrendeki diğer manyetik nesnelerle (magnetarlar, nötron yıldızları ve beyaz cüceler) bir takım fiziksel benzerlikleri paylaşıyor, ancak araştırmacılar parçacıkların bu nesnelerin manyetosferlerinde nasıl hızlandığını ve yüksek enerjili radyasyon yaydığını tam olarak anlamıyorlar. Jüpiter’i inceleyen araştırmacılar, henüz ziyaret edemediğimiz uzak kaynakların ayrıntılarını açığa çıkarabilirler.
Referans: Kaya Mori, Charles Hailey, Gabriel Bridges, Shifra Mandel, Amani Garvin, Brian Grefenstette, William Dunn, Benjamin J. Hord, Graziella Branduardi-Raymont, John tarafından “Jüpiter’den termal olmayan sert X-ışınlarının gözlemi ve kökeni” Clarke, Caitriona Jackman, Melania Nynka ve Licia Ray, 10 Şubat 2022, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-021-01594-8
Görevler Hakkında Daha Fazla Bilgi
NuSTAR 13 Haziran 2012’de başlatıldı. Caltech tarafından yönetilen ve yönetilen bir Küçük Kaşif görevi JPL NASA’nın Washington’daki Bilim Misyonu Müdürlüğü için Danimarka Teknik Üniversitesi ve İtalyan Uzay Ajansı (ASI) ile ortaklaşa geliştirildi. Teleskop optikleri Columbia Üniversitesi tarafından yapılmıştır; NASA’nın Greenbelt, Maryland ve DTU’daki Goddard Uzay Uçuş Merkezi. Uzay aracı Orbital Sciences Corp. tarafından Dulles, Virginia’da inşa edildi. NuSTAR’ın görev operasyonları merkezi, Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley, ve resmi veri arşivi NASA’nın Yüksek Enerji Astrofizik Bilim Arşivi Araştırma Merkezi’ndedir. ASI, görevin yer istasyonunu ve bir ayna veri arşivini sağlar. Caltech, NASA için JPL’yi yönetiyor.
JPL, San Antonio’daki Güneybatı Araştırma Enstitüsü’nden baş araştırmacı Scott J. Bolton için Juno misyonunu yönetiyor. Juno, ajansın Bilim Misyonu Müdürlüğü için NASA’nın Huntsville, Alabama’daki Marshall Uzay Uçuş Merkezinde yönetilen NASA’nın Yeni Sınırlar Programının bir parçasıdır. Denver’daki Lockheed Martin Space, uzay aracını inşa etti ve işletti.