Een onderzoeksteam onder leiding van UCL heeft een decennia oud mysterie opgelost over hoe Jupiter om de paar minuten een spectaculaire uitbarsting van röntgenstralen produceert.

De röntgenstralen maken deel uit van Jupiters aurora - uitbarstingen van zichtbaar en onzichtbaar licht die optreden wanneer geladen deeltjes interageren met de atmosfeer van de planeet. Een soortgelijk fenomeen doet zich voor op aarde, het creëren van het noorderlicht, maar die van Jupiter is veel krachtiger, het vrijgeven van honderden gigawatt aan stroom, genoeg om de hele menselijke beschaving kortstondig van stroom te voorzien.

In een nieuwe studie, gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , onderzoekers combineerden close-up observaties van de omgeving van Jupiter door NASA's satelliet Juno, die momenteel rond de planeet draait, met gelijktijdige röntgenmetingen van het XMM-Newton-observatorium van de European Space Agency (dat zich in de eigen baan van de aarde bevindt).

Het onderzoeksteam, geleid door de UCL en de Chinese Academie van Wetenschappen, ontdekte dat röntgenuitbarstingen werden veroorzaakt door periodieke trillingen van de magnetische veldlijnen van Jupiter. Deze trillingen creëren plasmagolven (geïoniseerd gas) die zware ionendeeltjes langs magnetische veldlijnen laten "surfen" totdat ze in de atmosfeer van de planeet botsen. energie vrijgeven in de vorm van röntgenstralen.

Mede-hoofdauteur Dr. William Dunn (UCL Mullard Space Science Laboratory) zei:"We hebben Jupiter vier decennia lang röntgenstraling zien produceren, maar we wisten niet hoe dit kwam. We wisten alleen dat ze werden geproduceerd toen ionen in de atmosfeer van de planeet neerstortten.

"Nu weten we dat deze ionen worden getransporteerd door plasmagolven - een verklaring die nog niet eerder is voorgesteld, hoewel een soortgelijk proces de eigen aurora van de aarde produceert. Het zou kunnen, daarom, een universeel fenomeen zijn, aanwezig in veel verschillende omgevingen in de ruimte."

X-ray aurora's komen voor op de noord- en zuidpool van Jupiter, vaak met de regelmaat van een uurwerk - tijdens deze waarneming produceerde Jupiter elke 27 minuten uitbarstingen van röntgenstralen.

De geladen ionendeeltjes die de atmosfeer raken, zijn afkomstig van vulkanisch gas dat de ruimte instroomt vanuit gigantische vulkanen op de maan van Jupiter, Io.

Dit gas wordt geïoniseerd (de atomen zijn ontdaan van elektronen) door botsingen in de directe omgeving van Jupiter, het vormen van een donut van plasma die de planeet omringt.

Co-hoofdauteur Dr. Zhonghua Yao (Chinese Academie van Wetenschappen, Peking) zei:"Nu hebben we dit fundamentele proces geïdentificeerd, er is een schat aan mogelijkheden voor waar het vervolgens zou kunnen worden bestudeerd. Soortgelijke processen vinden waarschijnlijk plaats rond Saturnus, Uranus, Neptunus en waarschijnlijk ook exoplaneten, met verschillende soorten geladen deeltjes die op de golven 'surfen'."

Co-auteur professor Graziella Branduardi-Raymont (UCL Mullard Space Science Laboratory) zei:"Röntgenstralen worden meestal geproduceerd door extreem krachtige en gewelddadige fenomenen zoals zwarte gaten en neutronensterren, dus het lijkt vreemd dat louter planeten ze ook produceren.

"We kunnen nooit zwarte gaten bezoeken, omdat ze verder gaan dan ruimtereizen, maar Jupiter staat voor de deur. Met de komst van de satelliet Juno in de baan van Jupiter, astronomen hebben nu een fantastische kans om een ​​omgeving te bestuderen die röntgenstraling van dichtbij produceert."

Voor de nieuwe studie onderzoekers analyseerden observaties van Jupiter en zijn omgeving die continu werden uitgevoerd gedurende een periode van 26 uur door de Juno- en XMM-Newton-satellieten.

Ze vonden een duidelijke correlatie tussen golven in het plasma gedetecteerd door Juno en röntgenstraling op de noordpool van Jupiter, geregistreerd door X-MM Newton. Vervolgens gebruikten ze computermodellen om te bevestigen dat de golven de zware deeltjes naar de atmosfeer van Jupiter zouden drijven.

Waarom de magnetische veldlijnen periodiek trillen is onduidelijk, maar de trilling kan het gevolg zijn van interacties met de zonnewind of van plasmastromen met hoge snelheid in de magnetosfeer van Jupiter.

Het magnetisch veld van Jupiter is extreem sterk - ongeveer 20, 000 keer zo sterk als de aarde - en daarom zijn magnetosfeer, het gebied gecontroleerd door dit magnetische veld, is extreem groot. Als het zichtbaar was aan de nachtelijke hemel, het zou een gebied beslaan dat meerdere keren zo groot is als onze maan.