Por primera vez, los astrónomos han visto todo el mecanismo en funcionamiento, y podría ser un proceso que también ocurre en muchas otras partes del universo.
Crédito: ESA/ATG medialab.
Astrónomos planetarios han estudiado la espectacular emisión de auroras de rayos X de Júpiter durante décadas. Los «colores» de rayos X de estas auroras muestran que son provocadas por partículas cargadas eléctricamente llamadas iones que chocan contra la atmósfera joviana. Pero hasta ahora no se tenía idea de cómo los iones llegaban a la atmósfera en primer lugar.
Ahora, por primera vez, han visto a los iones «surfear» ondas electromagnéticas en el campo magnético de Júpiter, hacia la atmósfera. Todo gracias a un nuevo análisis de datos del telescopio XMM-Newton de la ESA y la nave espacial Juno de la NASA. Situado en la órbita de la Tierra, XMM-Newton realiza observaciones remotas de Júpiter en longitudes de onda de rayos X. Juno, por otro lado, rodea al gigante gaseoso en sí, tomando lecturas in situ desde el interior del campo magnético.
La pista fundamental para resolver el misterio llegó cuando Zhonghua Yao, del Instituto de Geología y Geofísica de la Academia de Ciencias de China, Beijing, y autor principal del nuevo estudio, se dio cuenta de que algo no tenía sentido en las auroras de rayos X de Júpiter.
En la Tierra, las auroras son visibles solo en un cinturón que rodea los polos magnéticos, entre 65 y 80 grados de latitud. Más allá de los 80 grados, la emisión de auroras desaparece porque las líneas del campo magnético aquí salen de la Tierra y se conectan al campo magnético del viento solar, que es el flujo constante de partículas cargadas eléctricamente expulsadas por el Sol. Estas se denominan líneas de campo abierto y, en la imagen tradicional, no se espera que las regiones polares de alta latitud de Júpiter y Saturno emitan auroras sustanciales.
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Sin embargo, las auroras de rayos X de Júpiter son inconsistentes con esta imagen. Existen hacia los polos del cinturón auroral principal, pulsan regularmente y, a veces, pueden ser diferentes en el polo norte que en el sur. Estas son características típicas de un campo magnético «cerrado», donde la línea del campo magnético sale del planeta por un polo y se vuelve a conectar con el planeta por el otro.
Usando simulaciones por computadora, Zhonghua y sus colegas encontraron previamente que las auroras de rayos X pulsantes podrían estar vinculadas a campos magnéticos cerrados que se generan dentro de Júpiter y luego se extienden millones de kilómetros en el espacio antes de regresar.
El 16 y 17 de julio de 2017, XMM-Newton observó a Júpiter de forma continua durante 26 horas y vio auroras de rayos X pulsando cada 27 minutos. Simultáneamente, Juno había estado viajando entre 62 y 68 radios de Júpiter por encima de las áreas del planeta antes del amanecer. Esta fue exactamente el área que las simulaciones del equipo sugirieron que eran importantes para activar las pulsaciones. Entonces, el equipo buscó en los datos de Juno cualquier proceso magnético que estuviera ocurriendo al mismo ritmo.
Descubrieron que las auroras pulsantes de rayos X son causadas por fluctuaciones del campo magnético de Júpiter. A medida que el planeta gira, roza su campo magnético, que a la vez es golpeado directamente por las partículas del viento solar y comprimido. Estas compresiones calientan las partículas que quedan atrapadas en el campo magnético. Lo cual desencadena un fenómeno llamado ondas ciclotrónicas de iones electromagnéticos (EMIC), en las que las partículas se dirigen a lo largo de las líneas de campo.
Las propias partículas son átomos cargados eléctricamente llamados iones. Guiados por el campo, los iones «surfean» la onda EMIC a través de millones de kilómetros de espacio, finalmente chocando contra la atmósfera del planeta y provocando la aurora de rayos X.
«Lo que vemos en los datos de Juno es esta hermosa cadena de eventos. Vemos que ocurre la compresión, vemos la onda EMIC disparada, vemos los iones y luego vemos un pulso de iones viajando a lo largo de la línea de campo. Y luego, unos minutos más tarde, XMM ve un estallido de rayos X», detalla William Dunn, Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard, University College London, quien codirigió la investigación.
Ahora que se ha identificado por primera vez el proceso responsable de las auroras de rayos X de Júpiter, se abre una gran cantidad de posibilidades sobre dónde podría apuntar futuros estudios. Por ejemplo, en Júpiter, el campo magnético está lleno de iones de azufre y oxígeno que son arrojados por los volcanes en la luna Io. En Saturno, la luna Encélado lanza agua al espacio, llenando el campo magnético de Saturno con iones de agua.
«Este es un proceso fundamental que se aplica a Saturno, Urano, Neptuno y probablemente también a los exoplanetas», dice Zhonghua.
Datos ópticos y de rayos X que muestran las extrañas explosiones de auroras. (NASA Chandra/Juno Wolk/Dunn).
Y puede que sea más aplicable incluso que eso, porque ahora que se ha revelado el proceso, hay una sorprendente similitud con las auroras de iones que ocurren aquí en la Tierra.
En el caso de nuestro planeta, el ion responsable es un protón, que proviene de un átomo de hidrógeno, y el proceso no es lo suficientemente enérgico como para crear rayos X. Sin embargo, el proceso básico es el mismo. Entonces, la aurora de rayos X de Júpiter es fundamentalmente una aurora de iones, aunque a una energía mucho más alta que la aurora de protones en la Tierra.
«Podría ser que las ondas EMIC desempeñen un papel importante en la transferencia de energía de un lugar a otro a través del cosmos», dice William.
En cuanto al propio Júpiter, el estudio de sus auroras continuará con el JUpiter ICy moons Explorer (Juice) de la ESA. Programado para llegar en 2029, Juice estudiará la atmósfera del planeta, la magnetosfera y el efecto que tienen las cuatro lunas más grandes de Júpiter en las auroras.
El misterio de la aurora constante de Júpiter es resuelto después de 40 años