emissioni di raggi x da giove
La missione Juno della NASA ha catturato questa immagine dell'emisfero meridionale di Giove il 17 febbraio 2020, durante il più recente passaggio ravvicinato della navicella spaziale al pianeta gigante. Ph.Credit: Immagine migliorata di Kevin M. Gill, basata su immagini fornite per gentile concessione di NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

Il telescopio NuSTAR della NASA ha osservato un emissione di raggi X a lunghezze d’onda ad alta energia proveniente da Giove. I raggi X sembra siano emanati dalle aurore permanenti del gigante gassoso gigante e corrispondono alla luce più energetica mai osservata provenire da qualsiasi pianeta del Sistema Solare (a parte la Terra).

 

I raggi X di Giove: da Chandra a NuSTAR

Questa nuova e importantissima osservazione potrebbe aiutare a risolvere parecchi misteri. Il primo è capire perché la sonda spaziale Ulysses, una collaborazione tra NASA ed ESA, non abbia rilevato nessuna emissione di raggi X nei sui quasi trenta anni di studio su Giove e sulle sue aurore, tra il 1990 ed il 2009.

Un secondo luogo, potrebbe aiutare gli astronomi a fare chiarezza e ad acquisire nuove informazioni sulle aurore più potenti dell’intero Sistema Solare. Le aurore gioviane infatti sono uno dei fenomeni affascinanti del nostro sistema planetario. Queste aurore brillanti e potenti che circondano permanentemente i due poli di Giove, sono invisibili all’occhio umano, poiché splendono nelle lunghezze d’onda dell’ultravioletto.

Da queste regioni in passato sono state individuate delle emissioni di raggi X a bassa energia, individuate grazie ai potenti osservatori a raggi X Chandra e XMM-Newton. Proprio per questo motivo, e date le caratteristiche del gigantesco pianeta gassoso, i ricercatori hanno ipotizzato che potessero esservi anche dei raggi X ad alta energia. Si tratta di un tipo di raggi X impossibili da rivelare tramite osservatori come Chandra o XMM-Newton. I ricercatori hanno dunque fatto ricorso all’osservatorio NuSTAR della NASA per dargli la caccia.

giove
NuSTAR ha rilevato raggi X ad alta energia dalle aurore vicino ai poli nord e sud di Giove. NuSTAR non è in grado di individuare la fonte di luce con alta precisione, ma può solo scoprire che la luce proviene da qualche parte nelle regioni di colore viola. Ph. Credit: NASA/JPL-Caltech

 

Le aurore del gigante gassoso

Come spiega l’astrofisica Kaya Mori, della Columbia University, in generale è difficile che un pianeta emetta raggi X tali da essere individuabili da NuSTAR. Ma Giove è diverso dagli altri, “ha un enorme campo magnetico e ruota molto rapidamente. Queste due caratteristiche significano che la magnetosfera del pianeta agisce come un gigantesco acceleratore di particelle, ed è ciò che rende possibili queste emissioni di energia più elevata”.

Le aurore di Giove possono assomigliare a quelle della Terra, ma a differenza delle nostre, su Giove le aurore sono costanti e permanenti e non sono create dalle particelle dei venti solari, ma dalle particelle della luna gioviana Io, il mondo più vulcanico del Sistema Solare.

Questa luna infernale erutta costantemente anidride solforosa, la quale viene eliminata attraverso una complessa interazione gravitazionale con Giove, diventando ionizzata e formando un toro plasmatico attorno al gigante gassoso. Le particelle di questo toro finiscono con il muoversi velocemente lungo le linee del campo magnetico verso i poli.

Sappiamo dunque, grazie alle osservazioni di Chandra e XMM-Newton, che questo processo emette raggi X a bassa energia. Ed ora grazie alle osservazioni di NuSTAR, abbiamo individuato anche dei raggi X ad alta energia emessi in questo processo.

 

Perché queste emissioni sono sfuggite in passato?

Ma allora perché la sonda Ulysses non li ha mai rilevati? Secondo i ricercatori la risposta a questa domanda risiede nel modo in cui vengono generati i raggi X ad alta energia. Quando gli elettroni vengono accelerati lungo le linee del campo magnetico di Giove, finiscono per entrare nell’atmosfera del pianeta ad alta velocità. Quando questi elettroni entrano in prossimità dei nuclei atomici e dei loro campi elettrici, vengono deviati e decelerati bruscamente. Tuttavia, la loro energia cinetica deve andare da qualche parte, secondo la legge della conservazione dell’energia, quindi viene convertita in raggi X.

Questo fenomeno è conosciuto come bremsstrahlung, o radiazione frenante. I raggi X a bassa energia invece sono generati da un meccanismo conosciuto come scambio di carica, in cui gli elettroni vengono trasferiti agli ioni, la cui eccitazione genera un bagliore.

Secondo i ricercatori, ognuno di questi diversi meccanismi crea un profilo di luce diverso. A energie più elevate, i raggi X di bremsstrahlung dovrebbero avere dei profili più deboli. E questo spiegherebbe perché Ulisse non li ha mai rilevati.

Il team di ricerca ha infatti inserito i dati delle ricerche, incluso il meccanismo di bremsstrahlung, in un modello che come risultato ha dimostrato le osservazioni NuSTAR, e anche che l’emissione di Giove è al di fuori della gamma di sensibilità della sonda Ulysses.

Ora questa nuova scoperta apre un mondo di nuove possibilità e gli studi sui raggi X delle aurore di Giove potrebbero aiutare a fare più luce sulla fisica in gioco in questi affascinanti e complessi meccanismi.

Ph.Credit immagine di copertina: Immagine migliorata di Kevin M. Gill, basata su immagini fornite per gentile concessione di NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS