Giải mã bí ẩn về cực quang tia X trên sao Mộc

Sau nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học cuối cùng cũng hiểu được cách sao Mộc tạo ra các vụ nổ tia X ngoạn mục cứ sau 27 phút.

Tia X là một phần của cực quang sao Mộc - vụ nổ ánh sáng xảy ra khi các hạt tích điện tương tác với bầu khí quyển của hành tinh. Hiện tượng tương tự cũng xảy ra trên Trái đất, nhưng cực quang trên sao Mộc mạnh hơn rất nhiều, giải phóng hàng trăm gigawatt năng lượng, đủ để cung cấp cho toàn bộ nền văn minh nhân loại trong một thời gian ngắn.

Cực quang tia X ở cực bắc (trái) và cực nam của sao Mộc. (Ảnh: NASA Chandra/Juno Wolk/Dunn).

Bằng cách kết hợp quan sát cận cảnh về môi trường của sao Mộc bởi vệ tinh Juno của NASA với các phép đo tia X từ Đài quan sát XMM-Newton của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, nhóm nghiên cứu do Đại học College London (UCL) và Viện hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) dẫn đầu đã phát hiện ra rằng, cực quang tia X trên sao Mộc được kích hoạt bởi các dao động định kỳ của đường sức từ.

Những dao động này tạo ra sóng plasma (khí ion hóa), đẩy các hạt ion nặng "lướt" dọc theo đường sức từ cho đến khi chúng đập vào bầu khí quyển của hành tinh, giải phóng năng lượng dưới dạng tia X.

"Chúng ta đã thấy dao Mộc tạo ra cực quang tia X trong bốn thập kỷ, nhưng không hiểu rõ điều đó xảy ra như thế nào. Chúng ta chỉ biết chúng được tạo ra khi các ion va chạm với bầu khí quyển của hành tinh. Nghiên cứu mới tiết lộ rằng những ion này được vận chuyển bởi sóng plasma - một lời giải thích chưa từng được đề xuất trước đây, mặc dù quá trình tạo cực quang tương tự cũng xảy ra trên Trái đất. Do đó, nó có thể là một hiện tượng phổ quát, hiện diện trên nhiều môi trường khác nhau trong không gian", Tiến sĩ William Dunn từ Phòng thí nghiệm Khoa học Không gian UCL Mullard, tác giả chính của nghiên cứu, nhấn mạnh.

Mô phỏng cách cực quang tia X hình thành trên sao Mộc.( Video: ESA/NASA/Yao/Dunn).

Cực quang xảy ra ở cả cực bắc và cực nam của sao Mộc, thường tạo ra các chùm tia X đều đặn cứ sau 27 phút. Các hạt ion tích điện có nguồn gốc từ khí núi lửa tràn vào không gian từ mặt trăng Io. Chất khí này trở nên ion hóa do va chạm trong môi trường của sao Mộc, tạo thành một lớp plasma bao quanh hành tinh.

"Tia X thường được tạo ra bởi các hiện tượng bạo lực như hố đen và sao neutron, vì vậy có vẻ kỳ lạ khi một hành tinh đơn thuần cũng tạo ra chúng. Chúng ta không thể ghé thăm hố đen vì chúng nằm ngoài khả năng du hành vũ trụ, nhưng sao Mộc ở rất gần Trái đất. Với sự hỗ trợ của vệ tinh Juno đang hoạt động trên quỹ đạo sao Mộc, các nhà thiên văn học giờ đây có cơ hội tuyệt vời để nghiên cứu cận cảnh một môi trường tạo ra tia X", đồng tác giả Giáo sư Graziella Branduardi-Raymont từ Phòng thí nghiệm Khoa học Không gian UCL Mullard, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết thêm.

Trong nghiên cứu này, Branduardi-Raymont cùng đồng nghiệp đã phân tích các quan sát về sao Mộc và môi trường xung quanh nó, được thực hiện liên tục trong khoảng thời gian 26 giờ bởi các vệ tinh Juno và XMM-Newton.

Họ đã tìm thấy mối tương quan rõ ràng giữa sóng plasma do Juno phát hiện và các vầng sáng cực quang tia X tại cực bắc của sao Mộc do X-MM Newton ghi lại. Sau đó, nhóm sử dụng mô hình máy tính để xác nhận rằng sóng đã đẩy các hạt ion nặng tới bầu khí quyển của hành tinh.

Tại sao các đường sức từ dao động theo chu kỳ vẫn chưa được hiểu rõ. Nhóm nghiên cứu phóng đoán rằng đó có thể là kết quả của các tương tác với gió mặt trời hoặc các dòng plasma tốc độ cao trong từ quyển của sao Mộc.

Từ trường của sao Mộc cực kỳ mạnh - gấp khoảng 20.000 lần so với Trái đất - và do đó, từ quyển của hành tinh cũng rất lớn. Nếu được nhìn thấy trên bầu trời đêm, nó sẽ bao phủ một vùng có kích thước gấp vài lần Mặt Trăng của chúng ta.

• Phát hiện 12 "kim tự tháp" khổng lồ, xưa hơn Ai Cập đến 6.300 năm
• Vương triều duy nhất mà công chúa gả đến đều không thể sinh con
• Đâu là điểm cuối của không gian?