Para ilmuwan memecahkan misteri berusia 40 tahun tentang aurora sinar-X Jupiter yang sangat kuat

Sebuah tim peneliti telah memecahkan misteri berusia satu dekade tentang bagaimana Jupiter menciptakan sinar X-ray yang spektakuler setiap beberapa menit.

Sebuah tim peneliti bersama yang dipimpin oleh UCL (University College London) telah memecahkan misteri berusia satu dekade tentang bagaimana Jupiter menciptakan sinar X-ray yang spektakuler setiap beberapa menit.

Sinar-X adalah bagian dari aurora Jupiter – semburan cahaya tampak dan tak terlihat yang terjadi ketika partikel bermuatan berinteraksi dengan atmosfer planet. Fenomena serupa terjadi di Bumi dan menciptakan Cahaya Utara, tetapi fenomena Jupiter jauh lebih kuat dan melepaskan ratusan gigawatt energi, cukup untuk secara singkat memberi daya pada semua peradaban manusia.*

Dalam sebuah studi baru yang diterbitkan di Kemajuan ilmiah, para peneliti menggabungkan pandangan close-up dari lingkungan Jupiter dari satelit Juno NASA, yang saat ini mengorbit planet ini, dengan pengukuran sinar-X simultan dari Observatorium XMM Newton Badan Antariksa Eropa (yang berada di orbit).

Tim peneliti, yang dipimpin oleh UCL dan Chinese Academy of Sciences, menemukan bahwa sinar-X dipicu oleh osilasi periodik dari garis-garis medan magnet Jupiter. Getaran ini menghasilkan gelombang plasma (gas terionisasi) yang menyebabkan partikel ion berat “berselancar” di sepanjang garis medan magnet hingga menghantam atmosfer planet dan melepaskan energi dalam bentuk sinar-X.

Gambar tumpang tindih kutub Jupiter dari satelit Juno NASA dan teleskop sinar-X Chandra NASA. Di sebelah kiri proyeksi aurora sinar-X utara Jupiter (ungu) dilapis dengan gambar Junocam yang terlihat dari Kutub Utara. Kanan menunjukkan rekan selatan. Kredit foto: NASA Chandra / Juno Wolk / Dunn

Penulis pendamping Dr. William Dunn (UCL Mullard Space Science Laboratory) berkata, “Kami telah melihat Jupiter menghasilkan aurora sinar-X selama empat dekade, tetapi kami tidak tahu bagaimana itu terjadi. Kami hanya tahu mereka diproduksi ketika ion menabrak atmosfer planet.

“Sekarang kita tahu bahwa ion-ion ini diangkut oleh gelombang plasma – penjelasan yang belum pernah dikemukakan sebelumnya, meskipun proses serupa menciptakan aurora Bumi sendiri. Karena itu, itu bisa menjadi fenomena universal yang hadir di banyak lingkungan berbeda di ruang angkasa.”

Auror sinar-X terjadi di kutub utara dan selatan Jupiter, seringkali dengan keteraturan jarum jam – selama pengamatan ini, Jupiter menghasilkan sinar-X setiap 27 menit.

Partikel ion bermuatan yang menghantam atmosfer berasal dari gas vulkanik yang mengalir ke luar angkasa dari gunung berapi raksasa di bulan Jupiter, Io.

Gas ini terionisasi karena tabrakan di sekitar Jupiter (atomnya dibebaskan dari elektron) dan membentuk cincin plasma yang mengelilingi planet ini.

Untuk pertama kalinya, para astronom telah melihat kompres medan magnet Jupiter, menyebabkan partikel memanas dan mengarahkannya ke bawah di sepanjang garis medan magnet ke atmosfer Jupiter, memicu aurora sinar-X. Tautan dibuat dengan menggabungkan data in-situ dari misi Juno NASA dengan pengamatan sinar-X dari XMM-Newton ESA. Kredit foto: ESA / NASA / Yao / Dunn

Penulis pendamping Dr. Zhonghua Yao (Akademi Ilmu Pengetahuan China, Beijing) berkata, “Sekarang kami telah mengidentifikasi proses mendasar ini dan ada banyak peluang untuk mempelajarinya selanjutnya. Proses serupa kemungkinan terjadi di sekitar Saturnus, Uranus, Neptunus dan mungkin juga di planet ekstrasurya, dengan berbagai jenis partikel bermuatan ‘berselancar’ di gelombang.”

Rekan penulis Profesor Graziella Branduardi-Raymont (UCL Mullard Space Science Laboratory) mengatakan, “Sinar-X biasanya dihasilkan oleh fenomena yang sangat kuat dan keras seperti lubang hitam dan bintang neutron, jadi tampaknya aneh bahwa planet biasa juga memproduksinya.

“Kita tidak akan pernah bisa mengunjungi lubang hitam karena mereka berada di luar perjalanan ruang angkasa, tetapi Jupiter ada di depan pintu kita. Dengan kedatangan satelit Juno di orbit Jupiter, para astronom sekarang memiliki kesempatan fantastis untuk lebih dekat dan pribadi dengan lingkungan yang menghasilkan sinar-X.”

Untuk studi baru, para peneliti menganalisis pengamatan Jupiter dan sekitarnya yang terus menerus dilakukan oleh satelit Juno dan XMM-Newton selama 26 jam.

Mereka menemukan korelasi yang jelas antara gelombang dalam plasma yang direkam oleh Juno dan letusan aurora sinar-X yang direkam oleh XMM-Newton di kutub utara Jupiter. Kemudian mereka menggunakan model komputer untuk memastikan bahwa gelombang akan mendorong partikel berat menuju atmosfer Jupiter.

Mengapa garis-garis medan magnet berosilasi secara berkala tidak jelas, tetapi osilasi dapat dihasilkan dari interaksi dengan angin matahari atau dari arus plasma berkecepatan tinggi di magnetosfer Jupiter.

Medan magnet Jupiter sangat kuat – sekitar 20.000 kali lipat dari Bumi – dan oleh karena itu magnetosfernya, area yang dikendalikan oleh medan magnet ini, sangat besar. Jika terlihat di langit malam, itu akan menutupi wilayah beberapa kali ukuran bulan kita.

Pekerjaan ini didukung oleh Akademi Ilmu Pengetahuan China, Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional China, Dewan Fasilitas Sains dan Teknologi Inggris (STFC), Royal Society dan Dewan Penelitian Lingkungan Alam, serta ESA dan NASA.

* Aurora sinar-X Jupiter saja melepaskan sekitar satu gigawatt, yang dapat dihasilkan oleh pembangkit listrik selama beberapa hari.

Referensi: 9 Juli 2021, Kemajuan ilmiah.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851