Telescópio da NASA detecta luz de maior energia já detectada de Júpiter
As auroras do planeta são conhecidas por produzir luz de raios-X de baixa energia. Um novo estudo finalmente revela raios-X de alta frequência e explica por que eles escaparam de outra missão há 30 anos. Os cientistas estudam Júpiter de perto desde a década de 1970, mas o gigante gasoso ainda está cheio de mistérios. Novas observações do observatório espacial NuSTAR da NASA revelaram a luz de maior energia já detectada de Júpiter. A luz, na forma de raios-X que o NuSTAR pode detectar, também é a luz de maior energia já detectada de um planeta do sistema solar que não a Terra. Um artigo na revista Nature Astronomy relata a descoberta e resolve um mistério de décadas: por que a missão Ulysses não viu raios-X quando passou por Júpiter em 1992.
Os raios X são uma forma de luz, mas com energias muito mais altas e comprimentos de onda mais curtos do que a luz visível que os olhos humanos podem ver. O Observatório de Raios-X Chandra da NASA e o Observatório XMM-Newton da ESA (Agência Espacial Européia) estudaram raios-X de baixa energia das auroras de Júpiter - shows de luzes perto dos pólos norte e sul do planeta que são produzidos quando vulcões na lua de Júpiter Io chuveiro o planeta com íons (átomos despojados de seus elétrons). O poderoso campo magnético de Júpiter acelera essas partículas e as canaliza em direção aos pólos do planeta, onde colidem com sua atmosfera e liberam energia na forma de luz.
Os elétrons de Io também são acelerados pelo campo magnético do planeta, de acordo com observações da sonda Juno da NASA, que chegou a Júpiter em 2016. Os pesquisadores suspeitavam que essas partículas deveriam produzir raios-X de energia ainda mais alta do que Chandra e XMM-Newton observaram. e NuSTAR (abreviação de Nuclear Spectroscopic Telescope Array) é o primeiro observatório a confirmar essa hipótese.
O NuSTAR detectou raios-X de alta energia das auroras próximas aos pólos norte e sul de Júpiter. O NuSTAR não pode localizar a fonte da luz com alta precisão, mas só pode descobrir que a luz está vindo de algum lugar nas regiões de cor roxa. Créditos: NASA/JPL-Caltech
“É bastante desafiador para os planetas gerarem raios-X na faixa que o NuSTAR detecta”, disse Kaya Mori, astrofísica da Universidade de Columbia e principal autora do novo estudo. “Mas Júpiter tem um campo magnético enorme e está girando muito rapidamente. Essas duas características significam que a magnetosfera do planeta age como um acelerador de partículas gigante, e é isso que torna possíveis essas emissões de alta energia.”
Os pesquisadores enfrentaram vários obstáculos para fazer a detecção do NuSTAR: por exemplo, as emissões de alta energia são significativamente mais fracas do que as de baixa energia. Mas nenhum dos desafios poderia explicar a não detecção do Ulysses, uma missão conjunta entre a NASA e a ESA que era capaz de detectar raios-X de energia mais alta que o NuSTAR. A espaçonave Ulysses foi lançada em 1990 e, após várias extensões de missão, operou até 2009.
A solução para esse quebra-cabeça, de acordo com o novo estudo, está no mecanismo que produz os raios-X de alta energia. A luz vem dos elétrons energéticos que Juno pode detectar com seu Jovian Auroral Distributions Experiment (JADE) e o Jupiter Energetic-particle Detector Instrument (JEDI), mas existem vários mecanismos que podem fazer com que as partículas produzam luz. Sem uma observação direta da luz que as partículas emitem, é quase impossível saber qual mecanismo é responsável.
Neste caso, o culpado é algo chamado emissão bremsstrahlung. Quando os elétrons em movimento rápido encontram átomos carregados na atmosfera de Júpiter, eles são atraídos pelos átomos como ímãs. Isso faz com que os elétrons desacelerem rapidamente e percam energia na forma de raios X de alta energia. É como um carro em movimento rápido transferiria energia para seu sistema de frenagem para desacelerar; na verdade, bremsstrahlung significa “radiação de frenagem” em alemão. (Os íons que produzem os raios X de baixa energia emitem luz por meio de um processo chamado emissão de linha atômica.)
Cada mecanismo de emissão de luz produz um perfil de luz ligeiramente diferente. Usando estudos estabelecidos de perfis de luz de bremsstrahlung, os pesquisadores mostraram que os raios-X devem ficar significativamente mais fracos em energias mais altas, inclusive na faixa de detecção de Ulysses.
“Se você fizesse uma simples extrapolação dos dados do NuSTAR, isso mostraria que o Ulysses deveria ter sido capaz de detectar raios-X em Júpiter”, disse Shifra Mandel, Ph.D. estudante de astrofísica na Universidade de Columbia e coautor do novo estudo. “Mas construímos um modelo que inclui a emissão de bremsstrahlung, e esse modelo não apenas corresponde às observações do NuSTAR, mas nos mostra que em energias ainda mais altas, os raios-X seriam muito fracos para o Ulysses detectar.”
As conclusões do artigo se basearam em observações simultâneas de Júpiter por NuSTAR, Juno e XMM-Newton.
Novos capítulos
Na Terra, os cientistas detectaram raios-X nas auroras da Terra com energias ainda mais altas do que o NuSTAR viu em Júpiter. Mas essas emissões são extremamente fracas – muito mais fracas que as de Júpiter – e só podem ser detectadas por pequenos satélites ou balões de alta altitude que se aproximam extremamente dos locais na atmosfera que geram esses raios-X. Da mesma forma, observar essas emissões na atmosfera de Júpiter exigiria um instrumento de raios X próximo ao planeta com maior sensibilidade do que os transportados por Ulysses na década de 1990.
“A descoberta dessas emissões não encerra o caso; está abrindo um novo capítulo”, disse William Dunn, pesquisador da University College London e co-autor do artigo. “Ainda temos muitas dúvidas sobre essas emissões e suas fontes. Sabemos que campos magnéticos rotativos podem acelerar partículas, mas não entendemos completamente como elas atingem velocidades tão altas em Júpiter. Que processos fundamentais produzem naturalmente tais partículas energéticas?”
Os cientistas também esperam que estudar as emissões de raios X de Júpiter possa ajudá-los a entender objetos ainda mais extremos em nosso universo. O NuSTAR normalmente estuda objetos fora do nosso sistema solar, como estrelas explosivas e discos de gás quente acelerados pela gravidade de buracos negros maciços.
O novo estudo é o primeiro exemplo de cientistas capazes de comparar as observações do NuSTAR com os dados obtidos na fonte dos raios-X (por Juno). Isso permitiu que os pesquisadores testassem diretamente suas ideias sobre o que cria esses raios-X de alta energia. Júpiter também compartilha uma série de semelhanças físicas com outros objetos magnéticos do universo – magnetares, estrelas de nêutrons e anãs brancas – mas os pesquisadores não entendem completamente como as partículas são aceleradas nas magnetosferas desses objetos e emitem radiação de alta energia. Ao estudar Júpiter, os pesquisadores podem revelar detalhes de fontes distantes que ainda não podemos visitar.
Mais sobre as Missões
O NuSTAR foi lançado em 13 de
junho de 2012. Uma missão Small Explorer liderada pela Caltech e gerenciada
pelo JPL para a Diretoria de Missões Científicas da NASA em Washington, foi
desenvolvida em parceria com a Universidade Técnica Dinamarquesa e a Agência
Espacial Italiana (ASI). A óptica do telescópio foi construída pela
Universidade de Columbia; Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt,
Maryland e DTU. A espaçonave foi construída pela Orbital Sciences Corp. em
Dulles, Virgínia. O centro de operações da missão do NuSTAR está na
Universidade da Califórnia, Berkeley, e o arquivo oficial de dados está no
Centro de Pesquisa do Arquivo Científico de Astrofísica de Alta Energia da
NASA. ASI fornece a estação terrestre da missão e um arquivo de dados espelho.
A Caltech gerencia o JPL para a NASA.
Fonte: NASA
Comentários
Postar um comentário
Se você achou interessante essa postagem deixe seu comentario!