NASA teleskopu, Jüpiter’den şimdiye kadar tespit edilen en yüksek enerjili ışığı tespit etti

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 1970’lerden beri Jüpiter’i yakından inceliyorlar, ancak gaz devi hala gizemlerle dolu. NASA’nın NuSTAR uzay gözlemevi tarafından yapılan yeni gözlemler, Jüpiter’den şimdiye kadar tespit edilen en yüksek enerjili ışığı ortaya çıkardı. 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 ediyor ve onlarca yıllık bir gizemi çözüyor: Ulysses misyonu 1992’de Jüpiter’i geçerken neden X-ışınları görmedi.

X-ışınları bir ışık şeklidir, ancak insan gözünün görebildiği görünür ışıktan çok daha yüksek enerjilere ve daha kısa dalga boylarına sahiptir. NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi ve ESA (Avrupa Uzay Ajansı) XMM-Newton gözlemevi, Jüpiter’in auroralarından gelen düşük enerjili X-ışınları üzerinde çalıştılar – Jüpiter’in uydusu Io yağmurunda yanardağlar oluştuğunda gezegenin kuzey ve güney kutuplarına yakın ışık gösterileri iyonları olan gezegen (atomlar elektronlarından arındırılmıştır). Jüpiter’in güçlü manyetik alanı bu parçacıkları hızlandırır ve onları atmosferiyle çarpıştıkları ve ışık şeklinde enerji saldıkları gezegenin kutuplarına doğru yönlendirir.

2016 yılında Jüpiter’e ulaşan NASA’nın Juno uzay aracının gözlemlerine göre, Io’dan gelen elektronlar gezegenin manyetik alanı tarafından da hızlandırılıyor. 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 gözlemevidir.

Columbia Üniversitesi’nden astrofizikçi ve yeni çalışmanın baş yazarı Kaya Mori, “Gezegenlerin NuSTAR’ın tespit ettiği aralıkta X-ışınları üretmesi oldukça zor” dedi. “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 daha 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 NuSTAR’dan daha yüksek enerjili X-ışınlarını algılayabilen ortak bir görev olan Ulysses’in tespit edilememesini açıklayamaz. Ulysses uzay aracı 1990’da fırlatıldı ve birden fazla görev uzantısından sonra 2009’a kadar çalıştı.

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 atmosferde bu X-ışınlarını üreten konumlara aşırı derecede yaklaşan küçük uydular veya 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.

University College London’da araştırmacı ve makalenin ortak yazarı William Dunn, “Bu emisyonların keşfi olayı kapatmıyor; yeni bir sayfa açıyor” dedi. “Bu emisyonlar ve kaynakları hakkında hâlâ pek çok sorumuz var. Dönen manyetik alanların parçacıkları hızlandırabileceğini biliyoruz, ancak Jüpiter’de nasıl bu kadar yüksek hızlara ulaştıklarını tam olarak anlamıyoruz. Bu tür enerjik parçacıkları doğal olarak hangi temel süreçler 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 (manyetarlar, nötron yıldızları ve beyaz cüceler) bir takım fiziksel benzerlikler paylaşır, ancak araştırmacılar parçacıkların bu nesnelerin manyetosferlerinde nasıl hızlandığını ve yüksek enerjili radyasyon yaydığını tam olarak anlamıyor. Jüpiter’i inceleyen araştırmacılar, henüz ziyaret edemediğimiz uzak kaynakların ayrıntılarını açığa çıkarabilirler.

Görevler hakkında daha fazla bilgi

NuSTAR 13 Haziran 2012’de fırlatıldı. Caltech tarafından yönetilen ve NASA’nın Washington’daki Bilim Misyonu Müdürlüğü için JPL tarafından yönetilen bir Küçük Kaşif görevi, 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 California Üniversitesi, Berkeley’dedir 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.