.png)
Belahan selatan Jupiter ditunjukkan dalam gambar ini dari misi Juno NASA. Pengamatan baru oleh NuSTAR NASA mengungkapkan bahwa aurora di dekat kedua kutub planet memancarkan sinar-X berenergi tinggi, yang dihasilkan ketika partikel yang dipercepat bertabrakan dengan atmosfer Jupiter.
Kredit: Gambar yang disempurnakan oleh Kevin M. Gill (CC-BY) berdasarkan gambar yang disediakan oleh NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
Aurora planet ini diketahui menghasilkan cahaya sinar-X berenergi rendah. Sebuah studi baru akhirnya mengungkapkan sinar-X frekuensi tinggi dan menjelaskan mengapa mereka menghindari misi lain 30 tahun yang lalu.
Para ilmuwan telah mempelajari Jupiter dari dekat sejak tahun 1970-an, tetapi raksasa gas itu masih penuh misteri. Pengamatan baru oleh observatorium ruang angkasa NuSTAR NASA telah mengungkapkan cahaya berenergi tertinggi yang pernah terdeteksi dari Jupiter. Cahaya, dalam bentuk sinar-X yang dapat dideteksi NuSTAR, juga merupakan cahaya berenergi tertinggi yang pernah terdeteksi dari planet tata surya selain Bumi. Sebuah makalah di jurnal Nature Astronomy melaporkan temuan tersebut dan memecahkan misteri yang telah berlangsung puluhan tahun: Mengapa misi Ulysses tidak melihat sinar-X ketika terbang melewati Jupiter pada tahun 1992.
Sinar-X adalah bentuk cahaya, tetapi dengan energi yang jauh lebih tinggi dan panjang gelombang yang lebih pendek daripada cahaya tampak yang dapat dilihat oleh mata manusia. Observatorium Sinar-X Chandra NASA dan observatorium XMM-Newton ESA (Badan Antariksa Eropa) telah mempelajari sinar-X energi rendah dari aurora Jupiter – pertunjukan cahaya di dekat kutub utara dan selatan planet yang dihasilkan ketika gunung berapi di bulan Jupiter mandi Io planet dengan ion (atom terlepas dari elektronnya). Medan magnet Jupiter yang kuat mempercepat partikel-partikel ini dan menyalurkannya ke kutub-kutub planet, di mana mereka bertabrakan dengan atmosfernya dan melepaskan energi dalam bentuk cahaya.
Elektron dari Io juga dipercepat oleh medan magnet planet, menurut pengamatan pesawat antariksa Juno NASA, yang tiba di Jupiter pada 2016. Para peneliti menduga bahwa partikel-partikel itu seharusnya menghasilkan sinar-X berenergi lebih tinggi daripada yang diamati Chandra dan XMM-Newton. dan NuSTAR (kependekan dari Nuclear Spectroscopic Telescope Array) adalah observatorium pertama yang mengkonfirmasi hipotesis itu.
"Cukup menantang bagi planet untuk menghasilkan sinar-X dalam kisaran yang dideteksi NuSTAR," kata Kaya Mori, astrofisikawan di Universitas Columbia dan penulis utama studi baru tersebut. “Tetapi Jupiter memiliki medan magnet yang sangat besar, dan ia berputar sangat cepat. Kedua karakteristik itu berarti bahwa magnetosfer planet ini bertindak seperti akselerator partikel raksasa, dan itulah yang memungkinkan emisi energi yang lebih tinggi ini.”
Para peneliti menghadapi banyak rintangan untuk membuat deteksi NuSTAR: Misalnya, emisi energi yang lebih tinggi secara signifikan lebih redup daripada yang energinya lebih rendah. Tapi tidak ada tantangan yang bisa menjelaskan nondetection oleh Ulysses, misi bersama antara NASA dan ESA yang mampu merasakan sinar-X berenergi lebih tinggi daripada NuSTAR. Pesawat ruang angkasa Ulysses diluncurkan pada tahun 1990 dan, setelah beberapa kali perpanjangan misi, beroperasi hingga tahun 2009.
Solusi untuk teka-teki itu, menurut studi baru, terletak pada mekanisme yang menghasilkan sinar-X berenergi tinggi. Cahaya berasal dari elektron energik yang dapat dideteksi Juno dengan Eksperimen Distribusi Auroral Jovian (JADE) dan Instrumen Detektor Partikel Energi Jupiter (JEDI), tetapi ada beberapa mekanisme yang dapat menyebabkan partikel menghasilkan cahaya. Tanpa pengamatan langsung terhadap cahaya yang dipancarkan partikel, hampir tidak mungkin untuk mengetahui mekanisme mana yang bertanggung jawab.
Dalam hal ini, pelakunya adalah sesuatu yang disebut emisi bremsstrahlung. Ketika elektron yang bergerak cepat bertemu dengan atom bermuatan di atmosfer Jupiter, mereka tertarik ke atom seperti magnet. Hal ini menyebabkan elektron melambat dengan cepat dan kehilangan energi dalam bentuk sinar-X berenergi tinggi. Ini seperti bagaimana mobil yang bergerak cepat akan mentransfer energi ke sistem pengeremannya untuk memperlambat; sebenarnya, bremsstrahlung berarti "radiasi pengereman" dalam bahasa Jerman. (Ion-ion yang menghasilkan sinar-X berenergi lebih rendah memancarkan cahaya melalui proses yang disebut emisi garis atom.)
Setiap mekanisme emisi cahaya menghasilkan profil cahaya yang sedikit berbeda. Menggunakan studi mapan profil cahaya bremsstrahlung, para peneliti menunjukkan bahwa sinar-X harus menjadi lebih redup secara signifikan pada energi yang lebih tinggi, termasuk dalam jangkauan deteksi Ulysses.
“Jika Anda melakukan ekstrapolasi sederhana dari data NuSTAR, itu akan menunjukkan bahwa Ulysses seharusnya bisa mendeteksi sinar-X di Jupiter,” kata Shifra Mandel, Ph.D. mahasiswa dalam astrofisika di Universitas Columbia dan rekan penulis studi baru. “Tapi kami membangun model yang mencakup emisi bremsstrahlung, dan model itu tidak hanya cocok dengan pengamatan NuSTAR, ini menunjukkan kepada kita bahwa pada energi yang lebih tinggi, sinar-X akan terlalu redup untuk dideteksi oleh Ulysses.”
Kesimpulan makalah ini didasarkan pada pengamatan simultan Jupiter oleh NuSTAR, Juno, dan XMM-Newton
Di Bumi, para ilmuwan telah mendeteksi sinar-X di aurora Bumi dengan energi yang bahkan lebih tinggi daripada yang dilihat NuSTAR di Jupiter. Tetapi emisi itu sangat redup – jauh lebih redup daripada Jupiter – dan hanya dapat dilihat oleh satelit kecil atau balon ketinggian yang sangat dekat dengan lokasi di atmosfer yang menghasilkan sinar-X tersebut. Demikian pula, mengamati emisi ini di atmosfer Jupiter akan membutuhkan instrumen sinar-X yang dekat dengan planet dengan sensitivitas yang lebih besar daripada yang dibawa oleh Ulysses pada 1990-an.
“Penemuan emisi ini tidak menutup kasus; ini membuka babak baru,” kata William Dunn, seorang peneliti di University College London dan salah satu penulis makalah tersebut. “Kami masih memiliki banyak pertanyaan tentang emisi ini dan sumbernya. Kita tahu bahwa medan magnet yang berputar dapat mempercepat partikel, tetapi kita tidak sepenuhnya memahami bagaimana mereka mencapai kecepatan setinggi itu di Jupiter. Proses fundamental apa yang secara alami menghasilkan partikel energik seperti itu?”
Para ilmuwan juga berharap mempelajari emisi sinar-X Jupiter dapat membantu mereka memahami objek yang lebih ekstrem di alam semesta kita. NuSTAR biasanya mempelajari objek di luar tata surya kita, seperti ledakan bintang dan piringan gas panas yang dipercepat oleh gravitasi lubang hitam besar.
Studi baru ini adalah contoh pertama ilmuwan yang dapat membandingkan pengamatan NuSTAR dengan data yang diambil dari sumber sinar-X (oleh Juno). Ini memungkinkan para peneliti untuk secara langsung menguji ide-ide mereka tentang apa yang menciptakan sinar-X berenergi tinggi ini. Jupiter juga memiliki sejumlah kesamaan fisik dengan objek magnetik lainnya di alam semesta – magnetar, bintang neutron, dan katai putih – tetapi para peneliti tidak sepenuhnya memahami bagaimana partikel dipercepat di magnetosfer objek ini dan memancarkan radiasi energi tinggi. Dengan mempelajari Jupiter, para peneliti dapat mengungkap detail sumber jauh yang belum bisa kita kunjungi.
Lebih Banyak Tentang Misi
NuSTAR diluncurkan pada 13 Juni 2012. Misi Small Explorer yang dipimpin oleh Caltech dan dikelola oleh JPL untuk Direktorat Misi Sains NASA di Washington, dikembangkan dalam kemitraan dengan Universitas Teknik Denmark dan Badan Antariksa Italia (ASI). Optik teleskop dibangun oleh Universitas Columbia; Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, dan DTU. Pesawat ruang angkasa itu dibangun oleh Orbital Sciences Corp. di Dulles, Virginia. Pusat operasi misi NuSTAR berada di University of California, Berkeley, dan arsip data resmi berada di Pusat Penelitian Arsip Sains Astrofisika Energi Tinggi NASA. ASI menyediakan stasiun bumi misi dan arsip data cermin. Caltech mengelola JPL untuk NASA.
JPL mengelola misi Juno untuk peneliti utama, Scott J. Bolton dari Southwest Research Institute di San Antonio. Juno adalah bagian dari Program Perbatasan Baru NASA, yang dikelola di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA di Huntsville, Alabama, untuk Direktorat Misi Sains badan tersebut. Lockheed Martin Space di Denver membangun dan mengoperasikan pesawat luar angkasa.
Sumber : Nasa
Editor : Tommy Prabowo
Comments0