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Capture de la lumière la plus haute énergie jamais détectée en provenance de Jupiter

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Marrakech, 10 févr. (Maroc-Actu) –

Nouvelles observations réalisée par le télescope spatial NuSTAR de la NASA. ont révélé la plus haute énergie lumineuse jamais détectée sur Jupiter.

La lumière, sous forme de rayons X que NuSTAR peut détecter, est également la lumière de plus haute énergie jamais détectée sur une planète du système solaire autre que la Terre.. Un article dans la revue Nature Astronomie fait état de cette découverte et résout un mystère vieux de plusieurs décennies : pourquoi la mission Ulysse n’a vu aucun rayon X lors de son passage près de Jupiter en 1992.

Les rayons X sont une forme de lumière, mais avec des énergies beaucoup plus élevées et des longueurs d’onde plus courtes que la lumière visible que les yeux humains peuvent voir. L’observatoire à rayons X Chandra de la NASA et l’observatoire XMM-Newton de l’ESA ont étudié les rayons X de faible énergie émis par les aurores de Jupiter : des spectacles lumineux près des pôles nord et sud de la planète qui se produisent lorsque les volcans de Io, la lune de Jupiter, sont en activité. bombarder la planète d’ions (atomes dépourvus de leurs électrons).

Le puissant champ magnétique de Jupiter accélère ces particules et les dirige vers les pôles de la planète, où ils entrent en collision avec son atmosphère et libèrent de l’énergie sous forme de lumière.

Les électrons de Io sont également accélérés par le champ magnétique de la planète, selon les observations de la sonde Juno de la NASA, qui est arrivée sur Jupiter en 2016. Les chercheurs ont soupçonné que ces particules devaient produire des rayons X d’une énergie encore plus élevée que celle observée par Chandra et XMM-Newton. NuSTAR (abréviation de Nuclear Spectroscopic Telescope Array, réseau de télescopes spectroscopiques nucléaires)) est le premier observatoire à confirmer cette hypothèse.

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« Il est assez difficile pour les planètes de générer des rayons X dans la gamme que NuSTAR détecte », a déclaré le Dr. dans une déclaration Kaya Mori, astrophysicien à l’université Columbia et auteur principal de la nouvelle étude. « Mais Jupiter a un énorme champ magnétique et tourne très vite. Ces deux caractéristiques signifient que la magnétosphère de la planète agit comme un accélérateur de particules géant, et c’est ce qui rend possible ces émissions à haute énergie. »

Les chercheurs se sont heurtés à de nombreux obstacles lors de la détection NuSTAR : par exemple, les émissions à haute énergie sont nettement plus faibles que celles à basse énergie. Mais aucun de ces défis ne peut expliquer la non-détection par Ulysses, une mission conjointe NASA-ESA qui a été capable de détecter des rayons X de plus haute énergie que NuSTAR. Le vaisseau spatial Ulysse a été lancé en 1990 et, après de multiples prolongations de mission, a fonctionné jusqu’en 2009.

La solution à cette énigme, selon la nouvelle étude, réside dans le mécanisme qui produit les rayons X à haute énergie. La lumière provient d’électrons énergétiques que Juno peut détecter grâce à son expérience sur les distributions aurorales joviennes (JADE) et à l’instrument de détection des particules énergétiques de Jupiter (JEDI), mais il existe de multiples mécanismes qui peuvent amener les particules à produire de la lumière. Sans observation directe de la lumière émise par les particules, il est presque impossible de savoir quel mécanisme est responsable.

Dans ce cas, le coupable est quelque chose appelé diffusion de bremsstrahlung.. Lorsque des électrons en mouvement rapide rencontrent des atomes chargés dans l’atmosphère de Jupiter, ils sont attirés par ces derniers comme des aimants. Les électrons décélèrent alors rapidement et perdent de l’énergie sous forme de rayons X de haute énergie. C’est comme si une voiture qui roule vite transférait de l’énergie à son système de freinage pour la ralentir – en fait, bremsstrahlung signifie « rayonnement de freinage » en allemand.(Les ions qui produisent les rayons X de plus faible énergie émettent de la lumière par un processus appelé émission de raies atomiques).

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Chaque mécanisme d’émission de lumière produit un profil lumineux légèrement différent. En utilisant des études établies sur les profils de lumière bremsstrahlung, les chercheurs ont démontré que les rayons X devrait devenir nettement plus faible à des énergies plus élevées, même dans la gamme de détection d’Ulysses.

« Si vous faisiez une simple extrapolation des données NuSTAR, cela vous montrerait qu’Ulysse aurait dû être capable de détecter les rayons X sur Jupiter », a déclaré Shifra Mandel, doctorante en astrophysique à l’université Columbia et co-auteur de la nouvelle étude. « Mais nous avons construit un modèle qui inclut l’émission de bremsstrahlung, et ce modèle non seulement correspond aux observations de NuSTAR, mais nous montre qu’à des énergies encore plus élevées, les rayons X auraient été trop faibles pour qu’Ulysse les détecte.

Les conclusions de l’article sont basées sur les observations simultanées de Jupiter par NuSTAR, Juno et XMM-Newton.

Sur Terre, les scientifiques ont détecté des rayons X dans les aurores terrestres à des énergies encore plus élevées que celles observées par NuSTAR sur Jupiter. Mais ces émissions sont extrêmement faibles, beaucoup plus faibles que celles de Jupiter, et ne peuvent être détectées que par de petits satellites ou des ballons à haute altitude qui s’approchent très près des endroits de l’atmosphère qui génèrent ces rayons X. De même, l’observation de ces émissions dans l’atmosphère de Jupiter nécessiterait un instrument à rayons X à proximité de la planète.

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