木星から来る謎めいた高エネルギーX線がスパイされました

木星 ついに高エネルギー波長のX線を放出することが観察されました。

巨大惑星の恒久的なオーロラから放射され、NASAの宇宙ベースのX線望遠鏡によって検出されます NuSTAR、放出は、太陽系のどの惑星からも（地球を除いて）見られる最もエネルギッシュな光です。

この検出は、太陽系で最も強力なオーロラに光を当てることができ、長年の謎を解き明かします。なぜ共同ESA-NASA ユリシーズ 宇宙船は、1990年から2009年までのほぼ30年間の運用で、木星のX線を検出しませんでした。

木星のオーロラは絶対に魅力的な現象を構成します。 その両方の極で、惑星は恒久的なオーロラによって鳴らされています–私たちの目には見えませんが、紫外線の波長できらきらと輝いています。 これらの領域は、X線観測所チャンドラとXMM-ニュートンによって、低エネルギーまたは「軟」X線を放出することも観察されています。

科学者たちは、高エネルギーもあるべきだと考えました、または 「硬い」X線X線、それらの機器が検出できる範囲を超えています。 そこで彼らはNuSTARを使ってそれらを探しました。

「惑星がNuSTARが検出する範囲でX線を生成することは非常に困難です。」 天体物理学者の森カヤは言った コロンビア大学の。

「しかし、木星は巨大な磁場を持っており、非常に速く回転しています。これらの2つの特性は、惑星の磁気圏が巨大な粒子加速器のように機能することを意味し、それがこれらの高エネルギー放出を可能にします。」

木星のオーロラは、地球上のオーロラと同じであり、太陽から吹き込む粒子とは異なり、オーロラによって生成されます。 それらは地球の磁場と衝突し、陽子や電子のような荷電粒子が磁力線に沿って極に向かって渦巻くように送られ、そこでそれらは地球の上層大気に降り注いで大気分子と衝突します。 結果として生じるこれらの分子のイオン化は、見事なダンスライトを生成します。

木星では、基本的なメカニズムは似ていますが、いくつかの違いがあります。 前述のように、オーロラは一定で永続的です。 これは、粒子が太陽系ではなく、太陽系で最も火山性の世界である木星の月イオからのものであるためです。

それは二酸化硫黄を絶えず吐き出し、それは惑星との複雑な重力相互作用によって即座に取り除かれ、イオン化されてガス巨人の周りにプラズマトーラスを形成します。 このトーラスからの粒子は、磁力線に沿って極に向かって渦巻くように送られます。

NuSTARによって検出された放出。 （NASA / JPL-Caltech）

このプロセスは、以前に発見されたように、軟X線を生成します。 現在、硬X線も発見されています。 高エネルギーX線は実際には非常に弱いため、簡単に検出することはできませんでしたが、ユリシーズが検出できなかった理由は説明されていません。 彼らが見つけた答えは、硬X線が生成される方法にあります。

電子が木星の磁力線に沿って加速されるとき、それらは最終的に惑星の大気に高速で入ります。 これらの電子が原子核とその電場の近くに入ると、急激に偏向して減速します。 ただし、エネルギー保存の法則によれば、それらの運動エネルギーはどこかに移動する必要があるため、X線に変換されます。

これはと呼ばれます 制動放射、または制動放射。 軟X線は、電荷交換と呼ばれる別のメカニズムを介して生成されます。このメカニズムでは、電子がイオンに移動し、その励起によってグローが生成されます。

これらのメカニズムはそれぞれ異なる光プロファイルを生成すると、研究者らは述べた。 より高いエネルギーでは、制動放射X線はより高いエネルギーでより暗くなるはずです。これは、ユリシーズがそれらを見つけられなかった理由を説明するでしょう。

チームは制動放射メカニズムを含むデータをモデル化し、それがNuSTARの観測と一致しただけでなく、放射がユリシーズの感度範囲外であることを示しました。 これまでのところ良好ですが、現象の調査を始めたばかりです。

たとえば、NuSTARは木星のオーロラの一般的な領域で硬X線を検出できましたが、正確な放出点を特定することはできませんでした。

「これらの排出物の発見は事件を終わらせるものではありません。それは新しい章を開くことです。」 天文学者ウィリアム・ダンは言った 英国のユニバーシティカレッジロンドンの。

「これらの放出とその発生源についてはまだ多くの質問があります。回転磁場が粒子を加速できることは知っていますが、木星でそれらがどのように高速に到達するかを完全には理解していません。どのような基本的なプロセスがこのようなエネルギッシュな自然粒子を生成しますか？」

木星のオーロラの将来の硬X線研究は、実際の物理学にもっと光を当てるのに役立つ可能性があります。

研究はで公開されています ネイチャーアストロノミー。