NuSTAR i NASA-s zbulon dritën me energji të lartë nga Jupiteri

Shkencëtarët kanë studiuar Jupiterin nga afër që nga vitet 1970, por gjigandi i gazit është ende plot mistere. Vëzhgimet e reja nga observatori hapësinor NuSTAR i NASA-s kanë zbuluar dritën me energjinë më të lartë të zbuluar ndonjëherë nga Jupiteri. Drita, në formën e rrezeve X që NuSTAR mund të zbulojë, është gjithashtu drita me energjinë më të lartë të zbuluar ndonjëherë nga një planet i sistemit diellor përveç Tokës. Një artikull në revistën Nature Astronomy raporton gjetjen dhe zgjidh një mister dekadash: Pse misioni Ulysses nuk pa rreze X kur fluturoi pranë Jupiterit në 1992.

Rrezet X janë një formë drite, por me energji shumë më të larta dhe gjatësi vale më të shkurtra sesa drita e dukshme që mund të shohin sytë e njeriut. Observatori i rrezeve X Chandra i NASA-s dhe Observatori XMM-Newton i ESA (Agjencia Evropiane e Hapësirës) kanë studiuar rrezet X me energji të ulët nga aurorat e Jupiterit – shfaqjet e dritës pranë poleve veriore dhe jugore të planetit që prodhohen kur vullkanet në hënën e Jupiterit Io dush planeti me jone (atomeve të zhveshur nga elektronet e tyre). Fusha magnetike e fuqishme e Jupiterit i përshpejton këto grimca dhe i dërgon ato drejt poleve të planetit, ku ato përplasen me atmosferën e tij dhe lëshojnë energji në formën e dritës.

Elektronet nga Io gjithashtu përshpejtohen nga fusha magnetike e planetit, sipas vëzhgimeve nga anija kozmike Juno e NASA-s, e cila mbërriti në Jupiter në vitin 2016. Studiuesit dyshuan se ato grimca duhet të prodhojnë rreze X me energji edhe më të lartë se sa vëzhguan Chandra dhe XMM-Newton. dhe NuSTAR (shkurt për Array spektroskopik bërthamor të teleskopit) është observatori i parë që konfirmon atë hipotezë.

“Është mjaft sfiduese për planetët që të gjenerojnë rreze X në rrezen që zbulon NuSTAR”, tha Kaya Mori, një astrofizikane në Universitetin e Kolumbisë dhe autore kryesore e studimit të ri. “Por Jupiteri ka një fushë magnetike të madhe dhe po rrotullohet shumë shpejt. Këto dy karakteristika nënkuptojnë se magnetosfera e planetit vepron si një përshpejtues gjigant i grimcave, dhe kjo është ajo që i bën të mundshme këto emetime me energji më të lartë.

Studiuesit u përballën me pengesa të shumta për të bërë zbulimin e NuSTAR: Për shembull, emetimet me energji më të lartë janë dukshëm më të zbehta se ato me energji më të ulët. Por asnjë nga sfidat nuk mund të shpjegonte moszbulimin nga Ulysses, një mision i përbashkët midis NASA-s dhe ESA-s që ishte në gjendje të ndjente rreze X me energji më të lartë se NuSTAR. Anija kozmike Ulysses u nis në vitin 1990 dhe, pas zgjatjeve të shumta të misionit, operoi deri në vitin 2009.

Zgjidhja për këtë enigmë, sipas studimit të ri, qëndron në mekanizmin që prodhon rrezet X me energji të lartë. Drita vjen nga elektronet energjetike që Juno mund të zbulojë me Eksperimentin e tij të Shpërndarjes Jovian Auroral (JADE) dhe Instrumentin e Detektorit Energjik të Grimcave të Jupiterit (JEDI), por ka mekanizma të shumtë që mund të bëjnë që grimcat të prodhojnë dritë. Pa një vëzhgim të drejtpërdrejtë të dritës që lëshojnë grimcat, është pothuajse e pamundur të dihet se cili mekanizëm është përgjegjës.

Në këtë rast, fajtori është diçka që quhet emetim bremsstrahlung. Kur elektronet që lëvizin shpejt ndeshen me atome të ngarkuar në atmosferën e Jupiterit, ato tërhiqen nga atomet si magnet. Kjo bën që elektronet të ngadalësohen me shpejtësi dhe të humbasin energjinë në formën e rrezeve X me energji të lartë. Është njësoj si një makinë me lëvizje të shpejtë do të transferonte energji në sistemin e saj të frenimit për të ngadalësuar; në fakt, bremsstrahlung do të thotë “rrezatim frenues” në gjermanisht. (Jonet që prodhojnë rrezet X me energji më të ulët lëshojnë dritë përmes një procesi të quajtur emetim i linjës atomike.)

Çdo mekanizëm i emetimit të dritës prodhon një profil paksa të ndryshëm drite. Duke përdorur studimet e vendosura të profileve të dritës bremsstrahlung, studiuesit treguan se rrezet X duhet të zbehen ndjeshëm në energjitë më të larta, duke përfshirë edhe diapazonin e zbulimit të Uliksit.

“Nëse do të bënit një ekstrapolim të thjeshtë të të dhënave të NuSTAR, do t’ju tregonte se Uliksi duhet të kishte qenë në gjendje të zbulonte rrezet X në Jupiter,” tha Shifra Mandel, një Ph.D. student në astrofizikë në Universitetin e Kolumbisë dhe një bashkautor i studimit të ri. “Por ne ndërtuam një model që përfshin emetimin bremsstrahlung dhe ai model jo vetëm që përputhet me vëzhgimet e NuSTAR, por na tregon se në energji edhe më të larta, rrezet X do të kishin qenë shumë të zbehta për Uliksin për t’u zbuluar.”

Përfundimet e punimit u mbështetën në vëzhgimet e njëkohshme të Jupiterit nga NuSTAR, Juno dhe XMM-Newton.

Në Tokë, shkencëtarët kanë zbuluar rreze X në aurorat e Tokës me energji edhe më të larta se ato që pa NuSTAR në Jupiter. Por këto emetime janë jashtëzakonisht të zbehta – shumë më të zbehta se ato të Jupiterit – dhe mund të dallohen vetëm nga satelitë të vegjël ose balona në lartësi të madhe që afrohen jashtëzakonisht me vendndodhjet në atmosferë që gjenerojnë ato rreze X. Në mënyrë të ngjashme, vëzhgimi i këtyre emetimeve në atmosferën e Jupiterit do të kërkonte një instrument me rreze X afër planetit me ndjeshmëri më të madhe se ato të bartura nga Uliksi në vitet 1990.

“Zbulimi i këtyre emetimeve nuk e mbyll çështjen; po hap një kapitull të ri”, tha William Dunn, një studiues në Kolegjin Universitar në Londër dhe një bashkautor i punimit. “Ne kemi ende shumë pyetje në lidhje me këto emetime dhe burimet e tyre. Ne e dimë se fushat magnetike rrotulluese mund të përshpejtojnë grimcat, por nuk e kuptojmë plotësisht se si ato arrijnë shpejtësi kaq të larta në Jupiter. Cilat procese themelore prodhojnë natyrshëm grimca të tilla energjike?”

Shkencëtarët gjithashtu shpresojnë se studimi i emetimeve të rrezeve X të Jupiterit mund t’i ndihmojë ata të kuptojnë objekte edhe më ekstreme në universin tonë. NuSTAR zakonisht studion objekte jashtë sistemit tonë diellor, të tilla si yjet që shpërthejnë dhe disqet e gazit të nxehtë të përshpejtuar nga graviteti i vrimave të zeza masive.

Studimi i ri është shembulli i parë i shkencëtarëve që janë në gjendje të krahasojnë vëzhgimet e NuSTAR me të dhënat e marra në burimin e rrezeve X (nga Juno). Kjo u mundësoi studiuesve të testonin drejtpërdrejt idetë e tyre rreth asaj që krijon këto rreze X me energji të lartë. Jupiteri ndan gjithashtu një sërë ngjashmërish fizike me objektet e tjera magnetike në univers – magnetarët, yjet neutron dhe xhuxhët e bardhë – por studiuesit nuk e kuptojnë plotësisht se si grimcat përshpejtohen në magnetosferat e këtyre objekteve dhe lëshojnë rrezatim me energji të lartë. Duke studiuar Jupiterin, studiuesit mund të zbulojnë detaje të burimeve të largëta që ende nuk mund t’i vizitojmë.