Параллельные наблюдения за окружением Юпитера с помощью космического аппарата NASA «Juno» и орбитальной обсерватории ESA «XMM-Newton» позволили астрономам раскрыть процесс, приводящий к впечатляющим вспышкам рентгеновского излучения на полюсах гиганта каждые несколько минут. Оказалось, что его движущей силой являются пульсирующие колебания силовых линий магнитного поля, однако, из-за чего они возникают, пока неясно. Результаты исследования представлены в журнале Science Advances.
«Мы наблюдаем, как Юпитер генерирует рентгеновское сияние в течение четырех десятилетий, но до сих пор не могли понять, как оно создается», – рассказывает Уильям Данн, соавтор исследования из Лаборатория космических исследований Университета Лос-Анджелеса (США).
Рентгеновские сияния на южном и северном полюсах Юпитера. Credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/CXC/UCL/W.Dunn
Рентгеновское излучение является частью полярных сияний Юпитера – вспышек видимого и невидимого человеческому глазу света, возникающих при взаимодействии заряженных частиц с атмосферой газового гиганта. Подобное явление происходит и на Земле, однако у крупнейшей планеты Солнечной системы оно намного мощнее и выделяет сотни гигаватт энергии. Зачастую, рентгеновские сияния на северном и южном полюсах происходят «как по часам» – в данных 26-часовой наблюдательной кампании они повторяются каждые 27 минут.
Теперь, благодаря данным, полученным с орбиты Юпитера и Земли, исследовательская группа обнаружила, что рентгеновские вспышки вызваны периодическими колебаниями силовых линий магнитного поля Юпитера – они создают волны плазмы, отправляющие тяжелые ионы серы и кислорода на встречу атмосфере планеты, при взаимодействии с которой частицы высвобождают энергию в виде рентгеновских лучей.
«Это объяснение не рассматривалось ранее, даже несмотря на то, что аналогичный процесс вызывает полярные сияния на Земле. Следовательно, он может быть универсальным и присутствовать во многих различных средах в космосе», – добавил Уильям Данн.
Анимация, показывающая, как пульсирующее магнитное поле Юпитера нагревает и направляя частицы вдоль силовых линий магнитного поля в атмосферу гиганта, вызывая вспышки рентгеновских лучей. Credit: ESA/NASA/Yao/Dunn
Заряженные ионные частицы, попадающие в атмосферу Юпитера, берут свое начало в вулканическом газе, извергающемся в космос титаническими вулканами на спутнике Ио. Этот газ становится ионизированным из-за столкновений в непосредственном окружении гиганта, образуя «бублик» из плазмы, который окружает планету.
«Рентгеновские лучи обычно создаются чрезвычайно мощными и жестокими объектами, такими как черные дыры и нейтронные звезды, поэтому на первый взгляд кажется странным, что и планеты их тоже производят. Мы никогда не сможем посетить черные дыры, поскольку они находятся за пределами доступных нам космических полетов, но Юпитер находится буквально под носом. С прибытием «Juno» в его систему у нас появилась фантастическая возможность на месте изучить его окружение, создающее рентгеновские лучи», – заключила Грациэлла Брандуарди-Раймонт, соавтор исследования из Лаборатория космических исследований Университета Лос-Анджелеса.