Después de 40 años de misterio, se descubre la fuente de las llamaradas de rayos X de Júpiter

Se ha descifrado el enigma sobre las intensas luces del norte y del sur del gigante gaseoso.

Los astrónomos planetarios combinaron datos tomados por la nave espacial Juno de la NASA, que orbita a Júpiter, con datos de la misión XMM-Newton de la ESA (Agencia Espacial Europea), en órbita terrestre, para resolver el misterio de 40 años sobre los orígenes de las inusuales auroras de rayos X de Júpiter. Por primera vez, han visto todo el mecanismo en funcionamiento: los átomos, o iones, cargados eléctricamente, responsables de los rayos X están “navegando” ondas electromagnéticas en el campo magnético de Júpiter hacia la atmósfera del gigante gaseoso.

Un artículo sobre el estudio fue publicado el 9 de julio en la revista Science Advances.

Se han detectado auroras en siete planetas de nuestro sistema solar. Algunos de estos espectáculos de luces son visibles para el ojo humano; otros generan longitudes de onda de luz que solo podemos ver con telescopios especializados. Las longitudes de onda más cortas requieren más energía para producirse. Júpiter tiene las auroras más poderosas del sistema solar y es el único de los cuatro planetas gigantes que se ha encontrado con una aurora que emite rayos X.

Los astrónomos planetarios han estado fascinados con la emisión auroral de rayos X de Júpiter desde su descubrimiento hace cuatro décadas, porque no estaba claro cómo se generaba la energía necesaria para producirla. Sabían que estas sorprendentes luces del norte y del sur de Júpiter son provocadas por iones que chocan contra la atmósfera de Júpiter. Pero hasta ahora, los científicos no tenían idea de cómo los iones responsables del espectáculo de luz de rayos X, podía llegar a la atmósfera en primer lugar.

En la Tierra, las auroras suelen ser visibles solo en un cinturón que rodea los polos magnéticos, entre 65 y 80 grados de latitud. Más allá de los 80 grados, la emisión de auroras desaparece porque las líneas del campo magnético salen de la Tierra y se conectan al campo magnético del viento solar, que es el flujo constante de partículas cargadas eléctricamente que son expulsadas por el Sol. Estas se denominan líneas de campo abierto.

Sin embargo, las auroras de rayos X de Júpiter son diferentes. Se dan hacia los polos del cinturón auroral principal y pulsan, y los del polo norte a menudo difieren de los del polo sur. Estas son características típicas de un campo magnético cerrado, donde la línea del campo magnético sale del planeta por un polo y se vuelve a conectar con el planeta por el otro. Todos los planetas con campos magnéticos tienen componentes de campo abierto y cerrado.

Los científicos que estudian estos fenómenos recurrieron a simulaciones por ordenador y encontraron que las auroras de rayos X pulsantes podrían estar vinculadas a campos magnéticos cerrados que se generan dentro de Júpiter y luego se extienden millones de kilómetros en el espacio antes de regresar. Pero, ¿cómo demostrar que el modelo era viable?

Los autores del estudio recurrieron a los datos adquiridos por Juno y XMM-Newton del 16 al 17 de julio de 2017. Durante dos días, XMM-Newton observó a Júpiter continuamente durante 26 horas y vio una aurora de rayos X pulsando cada 27 minutos.

Al mismo tiempo, Juno había viajado entre 62 y 68 radios de Júpiter (alrededor de 4,4 a 4,8 millones de kilómetros) por encima del área del planeta antes del amanecer. Esta era exactamente la región que las simulaciones del equipo sugirieron que era clave para provocar las pulsaciones, por lo que buscaron en los datos de Juno cualquier proceso magnético que estuviera ocurriendo al mismo ritmo.

Descubrieron que las fluctuaciones del campo magnético de Júpiter causaban las auroras de rayos X pulsantes. El límite exterior del campo magnético es golpeado directamente por las partículas del viento solar y comprimido. Estas compresiones calientan los iones que están atrapados en el extenso campo magnético de Júpiter, que se encuentra a millones de kilómetros de la atmósfera del planeta.

Esto desencadena un fenómeno llamado ondas ciclotrón de iones electromagnéticos (EMIC), en el que las partículas se dirigen a lo largo de las líneas de campo. Guiados por el campo, los iones viajan en la onda EMIC a través de millones de kilómetros por el espacio, chocando finalmente contra la atmósfera del planeta y provocando las auroras de rayos X.

“Lo que vemos en los datos de Juno es esta hermosa cadena de eventos. Vemos que ocurre la compresión, vemos la onda EMIC disparada, vemos los iones y luego vemos un pulso de iones viajando a lo largo de la línea de campo”, dijo William Dunn del Mullard Space Science Laboratory, University College London, y coautor del artículo. “Luego, unos minutos más tarde, XMM detecta una ráfaga de rayos X”.

Ahora que por primera vez la pieza faltante del proceso ha sido identificada, abre una gran cantidad de posibilidades sobre dónde podría estudiarse a continuación. Por ejemplo, en Júpiter, el campo magnético está lleno de iones de azufre y oxígeno emitidos por los volcanes de la luna Io. En Saturno, la luna Encelado lanza agua al espacio, llenando el campo magnético de Saturno con iones del grupo agua.

Más sobre la misión

JPL, una división de Caltech en Pasadena, California, administra la misión Juno para el investigador principal, Scott J. Bolton, del Southwest Research Institute en San Antonio. Juno es parte del New Frontiers Program de la NASA, que se administra en el Marshall Space Flight Center de la NASA en Huntsville, Alabama, para la Science Mission Directorate de la agencia en Washington. Lockheed Martin Space en Denver construyó y opera la nave espacial.

Edición: R. Castro.