Des scientifiques résolvent un mystère de 40 ans sur l’aurore à rayons X de Jupiter –

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  • Une équipe de recherche codirigée par l’UCL (University College London) a résolu un mystère vieux de plusieurs décennies sur la façon dont Jupiter produit une rafale spectaculaire de rayons X toutes les quelques minutes.

    Les rayons X font partie des aurores de Jupiter – des éclats de lumière visible et invisible qui se produisent lorsque des particules chargées interagissent avec l’atmosphère de la planète. Un phénomène similaire se produit sur Terre, créant les aurores boréales, mais celle de Jupiter est beaucoup plus puissante, libérant des centaines de gigawatts d’énergie, suffisamment pour alimenter brièvement toute la civilisation humaine*.

    Dans une nouvelle étude publiée dans Avancées scientifiques, les chercheurs ont combiné des observations rapprochées de l’environnement de Jupiter par le satellite Juno de la NASA, qui orbite actuellement autour de la planète, avec des mesures simultanées de rayons X de l’observatoire XMM-Newton de l’Agence spatiale européenne (qui se trouve sur la propre orbite de la Terre).

    L’équipe de recherche, dirigée par l’UCL et l’Académie chinoise des sciences, a découvert que les éruptions de rayons X étaient déclenchées par des vibrations périodiques des lignes de champ magnétique de Jupiter. Ces vibrations créent des vagues de plasma (gaz ionisé) qui envoient des particules d’ions lourds “surfer” le long des lignes de champ magnétique jusqu’à ce qu’elles se brisent dans l’atmosphère de la planète, libérant de l’énergie sous forme de rayons X.

    Le co-auteur principal, le Dr William Dunn (UCL Mullard Space Science Laboratory) a déclaré: “Nous avons vu Jupiter produire des aurores X pendant quatre décennies, mais nous ne savions pas comment cela s’était produit. Nous savions seulement qu’elles étaient produites lorsque des ions se sont écrasés sur l’atmosphère de la planète.

    “Maintenant, nous savons que ces ions sont transportés par des ondes plasma – une explication qui n’a pas été proposée auparavant, même si un processus similaire produit la propre aurore de la Terre. Il pourrait donc s’agir d’un phénomène universel, présent dans de nombreux environnements différents dans l’espace. “

    Les aurores de rayons X se produisent aux pôles nord et sud de Jupiter, souvent avec une régularité d’horlogerie – au cours de cette observation, Jupiter produisait des rafales de rayons X toutes les 27 minutes.

    Les particules d’ions chargés qui frappent l’atmosphère proviennent du gaz volcanique se déversant dans l’espace à partir de volcans géants sur la lune de Jupiter, Io.

    Ce gaz s’ionise (ses atomes sont dépouillés d’électrons) en raison de collisions dans l’environnement immédiat de Jupiter, formant un beignet de plasma qui entoure la planète.

    Le co-auteur principal, le Dr Zhonghua Yao (Académie chinoise des sciences, Pékin) a déclaré : « Maintenant que nous avons identifié ce processus fondamental, il existe une multitude de possibilités pour l’étudier ensuite. Des processus similaires se produisent probablement autour de Saturne, Uranus, Neptune. et probablement aussi des exoplanètes, avec différents types de particules chargées “surfant” les vagues.”

    La co-auteure, la professeure Graziella Branduardi-Raymont (UCL Mullard Space Science Laboratory) a déclaré : « Les rayons X sont généralement produits par des phénomènes extrêmement puissants et violents tels que les trous noirs et les étoiles à neutrons, il semble donc étrange que de simples planètes les produisent aussi.

    “Nous ne pouvons jamais visiter les trous noirs, car ils sont au-delà du voyage spatial, mais Jupiter est à notre porte. Avec l’arrivée du satellite Juno sur l’orbite de Jupiter, les astronomes ont maintenant une opportunité fantastique d’étudier de près un environnement qui produit des rayons X .”

    Pour la nouvelle étude, les chercheurs ont analysé les observations de Jupiter et de son environnement réalisées en continu sur une période de 26 heures par les satellites Juno et XMM-Newton.

    Ils ont trouvé une corrélation claire entre les ondes dans le plasma détectées par Juno et les éruptions aurorales à rayons X au pôle nord de Jupiter enregistrées par X-MM Newton. Ils ont ensuite utilisé la modélisation informatique pour confirmer que les ondes entraîneraient les particules lourdes vers l’atmosphère de Jupiter.

    La raison pour laquelle les lignes de champ magnétique vibrent périodiquement n’est pas claire, mais la vibration peut résulter d’interactions avec le vent solaire ou de flux de plasma à grande vitesse dans la magnétosphère de Jupiter.

    Le champ magnétique de Jupiter est extrêmement fort – environ 20 000 fois plus fort que celui de la Terre – et donc sa magnétosphère, la zone contrôlée par ce champ magnétique, est extrêmement grande. S’il était visible dans le ciel nocturne, il couvrirait une région plusieurs fois la taille de notre lune.

    Le travail a été soutenu par l’Académie chinoise des sciences, la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et le Science and Technology Facilities Council (STFC) du Royaume-Uni, la Royal Society et le Natural Environment Research Council, ainsi que l’ESA et la NASA.

    * L’aurore à rayons X de Jupiter libère à elle seule environ un gigawatt, équivalent à ce qu’une centrale électrique pourrait produire sur une période de plusieurs jours.

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