NASA NuSTAR空間觀測站從木星檢測到最高能量的光
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)cnBeta：自20世紀(jì)70年代以來，科學(xué)家們一直在近距離研究木星，觀測高能光但這個氣體巨頭仍充滿了神秘。木星NASA NuSTAR空間觀測站的檢測新觀測結(jié)果顯示了從木星檢測到的最高能量的光。這種光是到最NuSTAR能夠探測到的X射線形式，也是空間迄今為止從地球以外的太陽系行星探測到的最高能量的光。
《Nature Astronomy》上的觀測高能光一篇論文報告了這一發(fā)現(xiàn)并解開了一個幾十年的謎團(tuán)：為什么Ulysses任務(wù)在1992年飛過木星時沒有看到X射線。
X射線是木星一種光的形式，但比人眼能看到的檢測可見光具有更高的能量和更短的波長。NASA的到最錢德拉X射線天文臺和歐空局(ESA)的XMM-牛頓天文臺都研究了來自木星極光的低能量X射線--當(dāng)木星衛(wèi)星木衛(wèi)二上的火山向木星噴發(fā)離子（被剝?nèi)ル娮拥脑樱r，在木星南北兩極附近產(chǎn)生的空間光照。木星強(qiáng)大的觀測高能光磁場加速了這些粒子并將它們引向行星的兩極，在那里它們跟木星的木星大氣層碰撞并以光的形式釋放能量。
根據(jù)NASA 2016年抵達(dá)木星的檢測朱諾號航天器的觀測，來自木衛(wèi)二的到最電子也被該行星的磁場所加速。研究人員懷疑這些粒子應(yīng)該產(chǎn)生比錢德拉和XMM-牛頓觀測到的更高能量的X射線，而NuSTAR（核光譜望遠(yuǎn)鏡陣列的簡稱）是第一個證實這一假設(shè)的觀測站。
哥倫比亞大學(xué)的天體物理學(xué)家、新研究的論文主要作者Kaya Mori說道：“行星產(chǎn)生NuSTAR探測到的范圍內(nèi)的X射線是相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的。但木星有一個巨大的磁場，且它的旋轉(zhuǎn)速度非常快。這兩個特點意味著該行星的磁層就像一個巨大的粒子加速器，這就是使這些高能量排放成為可能的原因。”
研究人員在進(jìn)行NuSTAR探測時面臨多重障礙，如高能量的發(fā)射比低能量的發(fā)射要暗得多，但這些挑戰(zhàn)都不能解釋Ulysses沒有探測到的原因。Ulysses是NASA和ESA的一項聯(lián)合任務(wù)，能夠探測到比NuSTAR更高能量的X射線。Ulysses航天器于1990年發(fā)射，在多次延長任務(wù)后，一直運行到2009年。
根據(jù)這項新研究，這一難題的解決方案在于產(chǎn)生高能X射線的機(jī)制。這些光來自“朱諾號”可以用其木星極光分布實驗(JADE)和木星高能粒子探測儀(JEDI)探測到的高能電子，但有多種機(jī)制可以導(dǎo)致粒子產(chǎn)生光。如果不直接觀察粒子發(fā)出的光，幾乎不可能知道哪個機(jī)制是負(fù)責(zé)任的。
在這種情況下，罪魁禍?zhǔn)资且环N叫做韌致輻射(bremsstrahlung)的東西。當(dāng)快速移動的電子遇到木星大氣中的帶電原子時，它們會像磁鐵一樣被吸引到原子上。這導(dǎo)致電子迅速減速并以高能X射線的形式失去能量。這就像一輛快速行駛的汽車如何將能量轉(zhuǎn)移到它的制動系統(tǒng)來減速。事實上，bremsstrahlung在德語中意為“制動輻射”。
每一種光發(fā)射機(jī)制都會產(chǎn)生一個略微不同的光輪廓。利用對軔致輻射光剖面的既定研究，研究人員表明，在更高的能量下，包括在Ulysses的探測范圍內(nèi)，X射線應(yīng)該變得明顯更暗。
“如果你對NuSTAR數(shù)據(jù)做一個簡單的推斷，它會顯示Ulysses應(yīng)該能探測到木星的X射線，”哥倫比亞大學(xué)天體物理學(xué)博士生、這項新研究的論文共同作者Shifra Mandel說道，“但我們建立了一個包括軔致輻射的模型，該模型不僅跟NuSTAR的觀測結(jié)果相吻合，而且向我們表明，在更高的能量下，X射線會過于微弱，Ulysses無法探測到。”
據(jù)悉，該論文的結(jié)論依賴于NuSTAR、Juno和XMM-牛頓對木星的同時觀測。
新篇章
在地球上，科學(xué)家已經(jīng)在地球極光中探測到了比NuSTAR在木星上看到的能量更高的X射線。但這些輻射極其微弱--比木星的輻射微弱得多--只有通過小型衛(wèi)星或高空氣球才能發(fā)現(xiàn)，這些衛(wèi)星或氣球可以非常接近大氣層中產(chǎn)生這些X射線的位置。同樣，觀察木星大氣層中的這些排放物將需要一個靠近該行星的X射線儀器，其靈敏度要比U在20世紀(jì)90年代攜帶的儀器更高。
“這些排放物的發(fā)現(xiàn)并沒有結(jié)案，它開啟了一個新的篇章，”來自倫敦大學(xué)學(xué)院的研究員、該論文的論文共同作者William Dunn說道，“我們對這些排放物及其來源仍有很多疑問。我們知道旋轉(zhuǎn)的磁場可以加速粒子，但我們并不完全了解它們在木星是如何達(dá)到如此高的速度的。什么基本過程會自然產(chǎn)生這樣的高能粒子？”
科學(xué)家們還希望，研究木星的X射線發(fā)射可以幫助他們了解我們宇宙中更多的極端天體。NuSTAR通常研究我們太陽系以外的物體如爆炸的恒星和被大質(zhì)量黑洞引力加速的熱氣盤。
這項新研究是科學(xué)家們能將NuSTAR的觀測結(jié)果跟在X射線源（由朱諾號）拍攝的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的第一個例子。這使研究人員能直接測試他們關(guān)于是什么產(chǎn)生這些高能X射線的想法。木星跟宇宙中的其他磁性物體--磁星、中子星和白矮星--也有許多物理上的相似之處，但研究人員并不完全了解粒子是如何在這些天體的磁層中被加速并發(fā)射出高能輻射。通過對木星的研究，研究人員可能會揭開我們還無法訪問的遙遠(yuǎn)來源的細(xì)節(jié)。
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