Uzyskane wyniki pozwoliły też rozwiązać zagadkę aktualną od 30 lat: dlaczego sonda Ulysses nie widziała żadnego promieniowania rentgenowskiego od Jowisza, gdy minęła go w 1992 roku.

Promieniowanie rentgenowskie, zwane też promieniowaniem X, to jeden z zakresów promieniowania elektromagnetycznego. Promieniowaniem elektromagnetycznym jest także światło, które widzą nasze oczy. Natomiast promieniowanie rentgenowskie ma dużo wyższe energie i krótszą długość fali niż światło widzialne.

Kosmiczne obserwatoria, takie jak amerykańskie Chandra X-Ray Observatory czy europejskie XMM-Newton, badały promieniowanie rentgenowskie od zórz polarnych na Jowiszu, ale było to promieniowanie w niskoenergetycznym zakresie promieniowania X. Zorze te świecą w pobliżu biegunów północnego i południowego Jowisza, gdy jony (atomy pozbawione elektronów) pochodzące od wulkanów na księżycu Io docierają do Jowisza. Potężne pole magnetyczne największej planety Układu Słonecznego przyspiesza je i kieruje w stronę biegunów, gdzie zderzają się z atmosferą i uwalniają energię w postaci promieniowania.

Sonda kosmiczna Juno, która krąży wokół Jowisza od 2016 roku, zaobserwowała dodatkowo, że elektrony pochodzące od Io również są przyspieszane przez pole magnetyczne. Naukowcy przypuszczali, że może to powodować emitowanie promieniowania X o wyższych energiach niż odbierają Chandra i XMM-Newton. Teraz obserwatorium Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) po raz pierwszy dostarczyło dowodu potwierdzającego tę hipotezę.

Jak wskazuje Kaya Mori, astrofizyk pracujący na Columbia University (USA), który kierował badaniami, generowanie tak wysoko energetycznego promieniowania przez planety to spore wyzwanie. Jednak Jowisz ma potężne pole magnetyczne i obraca się bardzo szybko, a przez to magnetosfera planety działa jak gigantyczny akcelerator cząstek.

Obserwatorium NuSTAR zarejestrowało promieniowanie rentgenowskiej o energiach 20 keV (wcześniejsze obserwacje XMM-Newton pokazywały istnienie promieniowania o energiach 7 keV). Dlaczego zatem sonda Ulysses nie wykryła wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego, mimo że miała detektory pozwalające na wykrywanie promieniowania o wyższych energiach (27-49 keV)? Naukowcy wskazują, że wytłumaczenie stanowi mechanizm produkowania tego rodzaju promieniowania.

Pochodzi ono od energetycznych elektronów, które wykrywa sonda Juno, ale istnieje kilka mechanizmów, przez które cząstki te mogą emitować promieniowanie. W omawianym przypadku mechanizmem tym okazał się proces nazywany w fizyce „promieniowaniem hamowania” (stosowana jest też niemiecka nazwa „bremsstrahlung”). Taka emisja zachodzi, gdy szybko poruszające się elektrony napotykają naładowane atomy w atmosferze Jowisza i następnie są przez nie przyciągane. Powoduje to gwałtowne hamowanie i utratę energii przez elektron w formie promieniowanie rentgenowskiego. To tak jakby szybko jadący samochód mógł przetransferować energię do systemu hamulcowego, aby spowolnić.

Badacze wskazują, że rozkład promieniowania wytworzonego w promieniowaniu hamowania jest taki, że po prostu sygnał w bardziej wysokoenergetycznej części promieniowania rentgenowskiego był zbyt słaby dla czułości detektorów sondy Ulysses.

Wyniki badań opublikowano w „Nature Astronomy”. Rozwiązanie zagadki było możliwe dzięki jednoczesnym obserwacjom przez NuSTAR, Juno i XMM-Newton. (PAP)

cza/ zan/