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| Datos de rayos X y ópticos que muestran los extraños estallidos aurorales. (NASA Chandra/Juno Wolk/Dunn) |
Revelación del origen de las llamaradas aurorales de Júpiter
La Tierra no es el único mundo adornado con el fenómeno atmosférico brillante que es la aurora. De hecho, en una competición de auroras del Sistema Solar, el claro ganador sería Júpiter. El llamado Rey de los Planetas está coronado con las auroras más potentes del Sistema Solar, que rodean permanentemente sus dos polos.
Como solo brillan en longitudes de onda no visibles, no podemos verlas a simple vista, por lo que no se descubrieron hasta hace apenas 40 años. Desde entonces, los científicos se han preguntado cómo estas auroras producen estallidos periódicos de radiación X.
Ahora, creen haberlo resuelto. Mediante observaciones simultáneas de la sonda Juno de Júpiter y del observatorio espacial de rayos X XMM-Newton, un equipo dirigido por el científico planetario Zhonghua Yao, de la Academia China de Ciencias, ha relacionado los estallidos de rayos X con las vibraciones en las líneas de campo magnético del gigante gaseoso.
Estas vibraciones generan ondas en el plasma que se propagan a lo largo de las líneas del campo magnético, provocando periódicamente una lluvia de iones pesados que colisionan con la atmósfera de Júpiter, liberando energía en forma de rayos X.
"Llevamos cuatro décadas viendo que Júpiter produce auroras de rayos X, pero no sabíamos cómo ocurrían. Solo sabíamos que se producían cuando los iones chocaban contra la atmósfera del planeta", explica el astrofísico William Dunn, del University College de Londres (Reino Unido).
"Ahora sabemos que estos iones son transportados por ondas de plasma, una explicación que no se había propuesto antes, aunque un proceso similar produce la propia aurora terrestre. Por tanto, podría ser un fenómeno universal, presente en muchos entornos diferentes del espacio".
Aquí en la Tierra, las auroras son generadas por partículas que soplan desde el Sol. Estas chocan con el campo magnético de la Tierra, lo que hace que partículas cargadas, como protones y electrones, se desplacen a lo largo de las líneas del campo magnético hacia los polos, donde caen sobre la atmósfera superior de la Tierra y chocan con las moléculas atmosféricas. La ionización resultante de estas moléculas genera las impresionantes luces danzantes.
En Júpiter hay algunas diferencias. Las auroras son constantes y permanentes, como se ha señalado anteriormente; esto se debe a que las partículas no son solares, sino que provienen de la luna joviana Io, el mundo más volcánico del Sistema Solar. Constantemente arroja dióxido de azufre, que es inmediatamente despojado mediante una compleja interacción gravitatoria con el planeta, ionizándose y formando un toro de plasma alrededor de Júpiter.
Y luego están los pulsos de rayos X. Para averiguar cómo se estaban generando, el equipo de investigación estudió el planeta, utilizando observaciones simultáneas de Juno y XMM-Newton, tomadas los días 16 y 17 de julio de 2017, durante un total de 26 horas. Durante este tiempo, Júpiter emitió una ráfaga de rayos X aproximadamente cada 27 minutos.
Basándose en estas observaciones, el equipo relacionó las observaciones de Juno sobre el plasma con las observaciones de XMM-Newton sobre los estallidos aurorales de rayos X; con un modelo informático, determinaron cómo podrían estar relacionados ambos fenómenos.
El equipo llegó a la conclusión de que las compresiones en el campo magnético de Júpiter están creando ondas de iones de oxígeno y azufre que se desplazan en espiral a lo largo de las líneas del campo magnético hacia los polos de Júpiter, donde llueven, chocan con la atmósfera y generan estallidos de luz de rayos X.
Estas ondas se denominan ondas electromagnéticas de ciclotrón de iones (o EMIC), y también se han relacionado con las auroras parpadeantes aquí en la Tierra.
Por el momento, no está claro qué es lo que impulsa las compresiones en el campo magnético de Júpiter. Podría ser la influencia del viento solar, la circulación de materiales pesados dentro de la magnetosfera joviana o las ondas superficiales en la magnetopausa, el límite exterior entre la magnetosfera y el plasma circundante.
Independientemente de cómo se generen las compresiones, el hecho de que el mismo mecanismo -las ondas EMIC- se haya relacionado con las emisiones aurorales en dos mundos tan diferentes sugiere que podría ser bastante común en el Sistema Solar, así como en la galaxia más allá.
"Ahora que hemos identificado este proceso fundamental, existen muchas posibilidades de que se pueda estudiar a continuación", dijo Yao.
"Es probable que se produzcan procesos similares alrededor de Saturno, Urano, Neptuno y, probablemente, también de exoplanetas, con diferentes tipos de partículas cargadas 'surfeando' las ondas".
Los resultados muestran que las ondas EMIC podrían estar desempeñando un papel importante, hasta ahora inadvertido, en la dinámica de los iones de la atmósfera de Júpiter, y podrían ayudarnos a comprender mejor los procesos de plasma en toda la galaxia.
Fuentes, créditos y referencias:
Zhonghua Yao et al. 2021. Revealing the source of Jupiter’s X-ray auroral flares. Science Advances 7 (28): eabf0851; doi: 10.1126/sciadv.abf0851