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| Juno ha descubierto una nueva población de iones altamente energéticos (puntos azules brillantes) en latitudes medias dentro del borde interior del cinturón de electrones relativistas de Júpiter, una región no explorada anteriormente. La cámara estelar de la unidad de referencia estelar de Juno graba rayas brillantes en sus imágenes cuando estos iones penetrantes golpean su sensor. También se muestran la aproximación más cercana de Pioneer 11 al planeta y la trayectoria de la sonda Galileo. Crédito: M. Stetson, D. Santos-Costa, J. Arballo, H. N. Becker, CC BY-NC 4.0 |
Zonas de alta latitud de iones pesados de GeV en el borde interior del cinturón de electrones relativistas de Júpiter
Juno ha descubierto firmas de una población de iones pesados de alta energía (>100 MeV/nucleón) dentro del borde interior del cinturón de electrones relativistas de Júpiter. Las partículas se detectaron en zonas estrechas en los lóbulos de alta latitud de la región de emisión sincrotrón, una ubicación nunca explorada por naves espaciales anteriores (∼31°-46° de latitud magnética; distancias radiales 1,12-1,41 radios jovianos, conchas M 1,5-2,37). La población fue revelada por las firmas de ionización de señal extremadamente alta observadas en las imágenes recogidas por la cámara estelar de la Unidad de Referencia Estelar de Juno (equivalente a 0,2-0,7 MeV de energía depositada por píxel). La morfología de las firmas indica una población de iones de GeV (Z > 1) con masa atómica tan alta como la del azufre, aunque las especies con 2 ≤ Z ≤ 8 representan potencialmente todas las firmas. Las detecciones se han producido mientras la nave está conectada magnéticamente al halo de Júpiter y a los anillos de gasa, pero no mientras está conectada al anillo principal; de forma similar a las observaciones ecuatoriales de iones de carbono y azufre de GeV realizadas por la Sonda Galileo. Encontramos que las partículas residen en cáscaras de deriva magnética que sugieren que están atrapadas de forma estable dentro de la magnetosfera de Júpiter. Dado que el mecanismo de desintegración de neutrones del albedo de los rayos cósmicos sólo puede producir protones y electrones, no puede ser la fuente de esta población de iones Z > 1 atrapados; se sospecha de otros orígenes de rayos cósmicos galácticos. El transporte radial hacia el interior de decenas de iones pesados de keV desde la magnetosfera exterior es otra fuente potencial.
Los iones atrapados descubiertos en latitudes medias pueden tener energías superiores a los 100 megaelectronvoltios por nucleón. Su detección contribuye a nuestra comprensión del potente entorno de radiación que rodea a Júpiter.
El entorno de radiación planetaria de Júpiter es el más intenso del sistema solar. La nave espacial Juno de la NASA ha estado orbitando el planeta más cerca que cualquier misión anterior desde 2016, investigando sus cinturones de radiación más internos desde una órbita polar única. La órbita de la nave espacial ha permitido el primer estudio latitudinal y longitudinal completo de los cinturones de radiación de Júpiter. Becker et al. aprovechan esta capacidad para informar del descubrimiento de una nueva población de iones pesados de alta energía atrapados en las latitudes medias de Júpiter.
Los autores aplicaron una técnica novedosa para detectar esta población; en lugar de utilizar un detector de partículas o un espectrómetro para observar y cuantificar los iones, utilizaron el sistema de cámaras de seguimiento estelar de Juno. Los rastreadores de estrellas, o unidades de referencia estelar (SRU), son cámaras de navegación de alta resolución cuya misión principal es utilizar las observaciones del cielo para calcular la orientación precisa de la nave espacial. La SRU a bordo de la nave espacial Juno es uno de los componentes más blindados, con una protección contra la radiación 6 veces mayor que la de los demás sistemas de la nave en su bóveda de radiación.
Esta animación muestra la cámara estelar de la unidad de referencia estelar (SRU) de la nave espacial Juno (izquierda) cuando es golpeada por partículas de alta energía en los cinturones de radiación interiores de Júpiter. Las firmas de estos impactos aparecen como puntos, garabatos y rayas (derecha) en las imágenes recogidas por la SRU. Crédito: NASA/JPL-Caltech
A pesar de su fuerte protección, los iones y electrones con energías muy altas siguen penetrando ocasionalmente el blindaje y golpean el sensor SRU (véase la animación anterior). Este estudio se centra en 118 eventos inusuales que golpearon con una energía dramáticamente más alta que los típicos electrones penetrantes. Utilizando modelos informáticos y experimentos de laboratorio, los autores determinaron que estos iones depositaron 10 y 100 veces más energía que la depositada por los protones y electrones penetrantes, respectivamente.
Para identificar las especies de iones potencialmente responsables, los autores examinaron la morfología de los impactos del sensor. Aunque la mayoría de los impactos provocan sólo varios píxeles, unos pocos eventos con un ángulo de incidencia bajo pueden crear rayas en las que se deposita energía a medida que la partícula penetra en píxeles sucesivos. Los programas informáticos de simulación pueden predecir el depósito de energía de diversas partículas que se mueven a través de la materia, proporcionando candidatos para los iones encontrados por Juno. Según los autores, especies de iones tan ligeras como el helio o tan pesadas como el azufre podrían explicar al menos algunos de los impactos observados. Las especies que van desde el helio hasta el oxígeno podrían explicar todos los impactos, siempre que tengan energías superiores a los 100 megaelectrones-voltios por nucleón.
Por último, el estudio atribuye estos iones al borde interior de la región de emisión sincrotrón, situada a distancias radiales de 1,12-1,41 radios de Júpiter y latitudes magnéticas que oscilan entre 31° y 46°. Esta región no ha sido explorada por misiones anteriores, y esta población de iones era desconocida hasta ahora. Con energías totales medidas en gigaelectronvoltios, representan las partículas de mayor energía observadas hasta ahora por Juno.
Fuentes, créditos y referencias:
Referencia: "High Latitude Zones of GeV Heavy Ions at the Inner Edge of Jupiter's Relativistic Electron Belt" por Heidi N. Becker, James W. Alexander, John E. P. Connerney, Martin J. Brennan, Alexandre Guillaume, Virgil Adumitroaie, Meghan M. Florence, Peter Kollmann, Barry H. Mauk y Scott J. Bolton, 10 de mayo de 2021, (Journal of Geophysical Research: Planets.
DOI: 10.1029/2020JE006772