Jüpiter'in X-Işını Auroralarına Sebep Olan Gizem Çözüldü!

Gökbilimciler, Jüpiter'in muhteşem X-ışını auroralarının emisyonunu onlarca yıldır incelemekteler. Bu auroraların X-ışını renkleri, Jüpiter'in atmosferine çarpan iyon adı verilen elektrik yüklü parçacıklar tarafından tetiklendiklerini göstermektedir. Ancak gökbilimciler, iyonların ilk etapta atmosfere nasıl ulaşabildiklerine dair hiçbir fikre sahip değillerdi.

Şimdiyse, ilk defa, iyonların Jüpiter'in manyetik alanında atmosfere doğru elektromanyetik dalgalarda gezindiğini gözlemlediler. Önemli ipuçları, Avrupa Uzay Ajansı'nın (İng: European Space Agency) XMM-Newton Teleskobu ve NASA'nın Juno uzay sondasından alınan yeni bir veri analizinden geldi.

Dünya'nın yörüngesinde yer alan XMM-Newton teleskobu, uzaktan Jüpiter'i X-ışını dalga boylarında gözlemlemektedir. Juno ise, Jüpiter'in manyetik alanının içinden geçip, yerinde okumalar alarak dev gezegenin etrafında dönmektedir. Bu noktada sorulan soru şuydu: "Araştırma ekibi tam olarak ne aramalı?" Bazı ipuçları, Pekin Çin Bilimler Akademisi Jeoloji ve Jeofizik Enstitüsü'nden Zhonghua Yao’nun, Jüpiter'in X-ışını auroraları hakkında bir şeylerin mantıklı olmadığını fark etmesiyle geldi.

Earthsky

Dünya'da auroralar, yalnızca 65 ve 80 derece enlemleri arasında manyetik kutupları çevreleyen bir kuşakta görülebilir. 80 derecenin ötesinde, aurora emisyonları ortadan kalkar; çünkü buradaki manyetik alan çizgileri Dünya'yı terk eder ve Güneş tarafından fırlatılan elektrik yüklü parçacıkların sabit akışı olan güneş rüzgarındaki manyetik alana bağlanır. Bunlara "açık alan çizgileri" denir ve geleneksel resimde Jüpiter ve Satürn'ün yüksek enlemli kutup bölgelerinin kayda değer auroralar yayması beklenmez.

Ancak Jüpiter'in X-ışını auroraları bu geleneksel resimde tutarsızlık meydana getirir. Bunlar, ana aurora kuşağın kutbunda bulunurlar, düzenli olarak titreşirler ve bazen kuzey kutbundakiler güney kutbundakilerden farklı olabilir. Bunlar, manyetik alan çizgisinin gezegenin bir kutbundan çıktığı ve diğer kutbunda gezegene yeniden bağlandığı "kapalı" bir manyetik alanın tipik özellikleridir.

Zhonghua ve meslektaşları daha önce bilgisayar simülasyonlarını kullanarak, titreşimli X-ışını auroralarının Jüpiter'in içinde oluşturulan ve daha sonra geri dönmeden önce uzayda milyonlarca kilometreye kadar uzayan kapalı manyetik alanlarla bağlantılı olabileceğini bulmuşlardı.

16 ve 17 Temmuz 2017'de XMM-Newton, Jüpiter'i 26 saat boyunca sürekli olarak gözlemledi ve her 27 dakikada bir, X-ışını auroralarının titreştiğini gördü. Aynı zamanda Juno, gezegenin şafak öncesi bölgelerinin 62 ila 68 Jüpiter yarıçapı üzerinde seyahat ediyordu. Bu, ekibin simülasyonlarının, titreşimleri tetiklemek için önemli olduğunu öne sürdüğü alandı. Böylece ekip, aynı hızda meydana gelen herhangi bir manyetik süreç için Juno verilerini araştırdı.

Titreşen X-ışını auroralarının, Jüpiter'in manyetik alanındaki dalgalanmalardan kaynaklandığını buldular.^[1] Gezegen dönerken, manyetik alanı etrafında sürüklenir. Manyetik alan, güneş rüzgarının parçacıkları tarafından doğrudan çarpılır ve sıkıştırılır. Bu sıkıştırmalar, Jüpiter'in manyetik alanında sıkışan parçacıkları ısıtır. Bu, parçacıkların alan çizgileri boyunca yönlendirildiği elektromanyetik iyon siklotron dalgaları (İng: EMIC) adı verilen bir fenomeni tetikler.

Parçacıklar, iyon adı verilen elektrik yüklü atomlardır. Manyetik alan tarafından yönlendirilen iyonlar, milyonlarca kilometrelik uzayda siklotron dalgasında "sörf " yapar, sonunda gezegenin atmosferine çarpar ve X-ışını aurorasını tetikler. Araştırmayı yürüten Londra Üniversitesi Akademisi, Mullard Uzay Bilimleri Laboratuvarı'ndan William Dunn, şöyle anlatıyor:

Juno verilerinde gördüğümüz şey, bu güzel olaylar zinciridir. Sıkıştırmanın gerçekleştiğini görüyoruz, siklotron dalgasının tetiklendiğini görüyoruz, iyonları görüyoruz ve sonra alan çizgisi boyunca ilerleyen bir iyon darbesi görüyoruz ve birkaç dakika sonra, XMM bir X-ışınları patlaması görüyor.

Jüpiter'in X-ışını auroralarından sorumlu süreç ilk kez tanımlandığına göre, daha sonra bunun nerede çalışılabileceği konusunda zengin olasılıklar sunmaktadır. Örneğin Jüpiter'de manyetik alan, uydusu Io'daki yanardağlar tarafından yayılan kükürt ve oksijen iyonlarıyla doludur. Satürn'de ise, uydularından olan Enceladus, suyu uzaya püskürtür ve Satürn'ün manyetik alanını su iyonlarıyla doldurur. Zhonghua, şöyle diyor:

Bu, Satürn, Uranüs, Neptün ve muhtemelen ötegezegenler için de geçerli olan temel bir süreçtir.

Süreç açığa çıktığına göre, bundan daha geniş çapta uygulamaları da olabilir. Bu noktada, Dünya'da meydana gelen iyon auroraları ile çarpıcı bir benzerlik var. Dünya örneğinde, sorumlu iyon, bir hidrojen atomundan gelen bir protondur ve süreç, X-ışınları oluşturmak için yeterince enerjik değildir. Ancak, temel süreç aynıdır. Dolayısıyla, Jüpiter'in X-ışını aurorası, Dünya'daki proton aurorasından çok daha yüksek enerjide olmasına rağmen, temelde bir iyon aurorasıdır. William şöyle diyor:

Siklotron dalgaları, Evren boyunca enerjiyi bir yerden başka bir yere aktarmada önemli bir rol oynayabilir.

Jüpiter'in kendisine gelince, auroralarının incelenmesi Avrupa Uzay Ajansı'nın Juice (JUpiter ICy Moons Explorer) adındaki uzay aracı ile devam edecek. 2029 yılında ulaşması planlanan Juice, gezegenin atmosferini, manyetosferini ve Jüpiter'in en büyük dört ayının auroralar üzerindeki etkisini inceleyecek.