Auroras erráticas de raios-X descobertas inesperadamente em Júpiter

As auroras têm sido observadas em muitos lugares, desde planetas, luas e até estrelas, anãs castanhas e uma variedade de outros corpos cósmicos. Estas lindas exibições são causadas por fluxos de partículas atómicas carregadas eletricamente – eletrões e iões – que colidem com as camadas atmosféricas que cercam um planeta, lua ou estrela. As luzes polares da Terra tendem a espelhar-se mutuamente: quando se iluminam no polo norte, também se iluminam no polo sul.

O mesmo se esperava das auroras noutros lugares, mas um novo estudo, publicado hoje na Nature Astronomy, revela que aquelas no gigante de gás Júpiter estão muito menos coordenadas.

O estudo utilizou os observatórios espaciais de raios-X XMM-Newton da ESA e o Chandra da NASA, para observar os raios-X de alta energia produzidos pelas auroras nos polos de Júpiter. Enquanto as auroras do sul encontraram um pulso consistente a cada 11 minutos, aquelas no polo norte do planeta acenderam caoticamente.

“Estas auroras não parecem atuar em uníssono como aquelas com que estamos familiarizados aqui na Terra”, diz o autor principal, William Dunn, do Laboratório de Ciências Espaciais Mullard da Universidade do Colégio de Londres, Reino Unido, e Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, EUA.

“Pensámos que a atividade seria coordenada através do campo magnético de Júpiter, mas o comportamento que encontrámos é realmente intrigante.

“É estranho ainda considerar que Saturno - outro planeta gigante gasoso - não produz qualquer aurora de raios-X que possamos detetar, então isso levanta algumas questões que atualmente não temos certeza de como responder.

“Em primeiro lugar, como é que Júpiter produz as auroras de raios-X brilhantes e energéticas quando o vizinho não o faz e, em segundo lugar, como é que faz isso de forma independente em cada polo?”

Com os dados nas mãos, William e os colegas identificaram e cartografaram pontos quentes de raios-X nos polos de Júpiter. Cada ponto quente cobre uma área com metade do tamanho da superfície da Terra.

Além de levantar questões sobre como as auroras são produzidas por toda a parte do cosmos, as auroras pulsadoras independentes de Júpiter sugerem que há muito mais a entender sobre como o próprio planeta produz algumas das suas emissões mais enérgicas.

A influência magnética de Júpiter é colossal; a região do espaço sobre a qual o campo magnético joviano domina - a magnetosfera - é cerca de 40 vezes maior do que a da Terra e cheia de plasma de alta energia. Nas bordas externas desta região, partículas carregadas, em última instância, de erupções vulcânicas na lua de Júpiter, Io, interagem com o limite magnético entre a magnetosfera e o espaço interplanetário. Estas interações criam fenómenos intensos, incluindo auroras.

“As partículas carregadas devem atingir a atmosfera de Júpiter a velocidades excecionalmente rápidas para gerar os pulsos de raios-X que vimos. Ainda não entendemos o que os processos causam, mas estas observações dizem-nos que agem de forma independente nos hemisférios do norte e do sul”, acrescenta Licia Ray, da Universidade de Lancaster, Reino Unido, e uma coautora.

A assimetria nas luzes do norte e do sul de Júpiter também sugere que, muitos corpos cósmicos que se sabe que experienciam auroras - exoplanetas, estrelas de neutrões, anãs castanhas e outros corpos de rotação rápida - podem produzir uma aurora muito diferente em cada polo.

Estudos adicionais das auroras de Júpiter ajudarão a formar uma imagem mais clara dos fenómenos produzidos em Júpiter; as campanhas de observação auroral estão planeadas para os próximos dois anos, com monitorização de raios-X pelo XMM-Newton e Chandra, e observações simultâneas do Juno da NASA, uma nave espacial que começou a orbitar Júpiter em meados de 2016.

O Juice da ESA chegará ao planeta em 2029, para investigar a atmosfera e a magnetosfera de Júpiter. Irá observar também as auroras e, em particular, o efeito sobre as luas galileanas.

“Esta é uma descoberta inovadora, e não poderia ter sido feita sem o XMM-Newton da ESA”, acrescenta Norbert Schartel, cientista do projeto da ESA para o XMM-Newton.

“O observatório espacial foi fundamental para este estudo, fornecendo dados detalhados com uma alta resolução espectral, de modo que a equipa pudesse explorar as cores vibrantes das auroras e descobrir detalhes sobre as partículas envolvidas: se se estão a mover rapidamente, sejam elas um ião de oxigénio ou enxofre, e assim por diante.

“Observações coordenadas como estas, com telescópios como o XMM-Newton, Chandra e Juno a trabalhar em conjunto, são fundamentais para explorar e compreender ambientes e fenómenos em todo o universo e os processos que os produzem.”

Notas aos editores

A pesquisa é apresentada num artigo intitulado “The Independent Pulsations of Jupiter’s Northern and Southern X-ray Auroras,” de WR Dunn et al., publicado na revista Nature Astronomy a 30 de outubro de 2017. O autor principal é apoiado por uma ESA Network/Partnering Initiative fellowship. 

Mais informações sobre o telescópio espacial XMM-Newton da ESA podem ser encontradas here.

A missão Cluster da ESA estudou os processos de aceleração das auroras in situ na Terra em 2008 e 2009, e a missão conjunta ESA-China Smile observará a aurora da Terra a partir de 2022.

Para mais informação, é favor contactar:

William Dunn
UCL Mullard Space Science Laboratory, UK
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA
Tel: +44 (0) 7818872022
Email: w.dunn@ucl.ac.uk

Licia Ray
Lancaster University, UK
Email: licia.ray@lancaster.ac.uk

Norbert Schartel
XMM-Newton Project Scientist
European Space Agency
Email: norbert.Schartel@esa.int

Gabinete de Comunicação do ESAC
 Email: comunicacionesac@esa.int