Une nouvelle étude menée par le University College London (UCL) à l'aide des observatoires XMM-Newton de l'ESA et Chandra-CXO de la NASA et à laquelle a participé Zhonghua YAO, post-doctorant au LPAP, a révélé que les émissions de rayons X à très haute énergie au pôle sud de Jupiter pulsent régulièrement toutes les 11 minutes. Pendant ce temps, celles du pôle nord sont erratiques : elles augmentent et diminuent en luminosité, indépendamment du pôle sud. Ces observations ont fait l’objet d’un article publié dans Nature Astronomy(1).
C
’est à l’aide des observatoires XMM-Newton (Observatoire spatial de l’ESA destiné à l’observation des rayons X mous) et Chandra (Télescope spatial à rayon X de la NASA) que l’équipe internationale de chercheurs, dont fait partie l’Université de Liège, a produit des cartes des émissions de rayons X aux pôles de Jupiter et découvert que ces émissions avaient des caractéristiques très différentes de celles observées sur la Terre.
"Nous ne nous attendions pas à voir les points chauds des rayons X de Jupiter pulser indépendamment car nous pensions que leur activité serait coordonnée à travers le champ magnétique de la planète. Nous devons étudier cela plus avant pour développer des idées sur la façon dont Jupiter produit ces aurores à rayons X et la mission Juno de la NASA est vraiment importante pour cela », explique l'auteur principal de l’étude, William Dunn (UCL Mullard Space Science Laboratory, Royaume-Uni et Harvard-Smithsonian Astrophysics, États-Unis).
Depuis sa mise en orbite polaire autour de Jupiter en 2016, la mission Juno, à laquelle l’Université de Liège est associée, a réécrit une grande partie de ce que l'on savait de la plus grande planète de notre système solaire, mais la sonde spatiale ne dispose pas de détecteur de rayons X à bord. Pour comprendre comment les aurores à rayons X sont produites, l'équipe espère donc pouvoir combiner les informations sur les aurores à rayons X recueillies à l'aide de XMM-Newton et de Chandra avec les données recueillies par Juno qui explore les régions produisant l'aurore de Jupiter.
Cette illustration montre le disque de Jupiter, observé avec HST en lumière visible et les aurores polaires RX, observées avec Chandra, affichées en fausse couleurs violettes. L'émission plus intense (hot spot) au Nord apparait comme une tache plus blanche au centre de l'aurore. Les aurores apparaissent simultanément au pole Nord et au pole sud, mais pendant une demi rotation l'inclinaison du champ magnétique les rend plus facilement observables au nord. crédits: X-ray: NASA/CXC/UCL/W.Dunn et al, Optical: NASA/STScI.
« Ces observations impliquent qu’il existe une nouvelle forme de dissipation d'énergie des particules chargées dans les systèmes planétaires. Ce processus n'est prédit par aucune théorie existante », affirme Zhonghua Yao, co-auteur de l’article et post-doctorant au Laboratoire de Physique Atmosphérique et Planétaire (LPAP) de l’Université de Liège. « Les aurores RX et UV sont des signatures électromagnétiques qui sont très probablement liées. Par conséquent, il est crucial de déterminer la relation exacte entre ces émissions. C’est évidemment un travail qui va beaucoup nous occuper dans les prochains mois. »
"Si nous pouvons commencer à connecter les émissions aurorales aux processus physiques qui les produisent, alors nous pourrons utiliser ces signatures pour comprendre d'autres corps à travers l'Univers tels que les naines brunes, les exoplanètes ou peut-être même les étoiles à neutrons. C'est une étape très importante vers la compréhension des rayons X à travers l'Univers", a déclaré William Dunn.
Une des théories que Juno peut aider à prouver ou infirmer est que les aurores de Jupiter se forment séparément lorsque le champ magnétique de la planète interagit avec le vent solaire. L'équipe suspecte que les lignes de champ magnétique vibrent, produisant des ondes qui transportent et accélèrent les particules chargées vers les l'atmosphère de Jupiter, générant des impulsions de rayons X.
(1) W. R. Dunn, G. Branduardi-Raymont, L. C. Ray, C. M. Jackman, R. P. Kraft, R. F. Elsner, I. J. Rae, Z. Yao, M. F. Vogt, G. H. Jones, G. R. Gladstone, G. S. Orton, J. A. Sinclair, P. G. Ford, G. A. Graham, R. Caro-Carretero and A. J. Coates , ‘The independent pulsations of Jupiter’s northern and southern X-ray auroras’ will be published in Nature Astronomy, 30 October 2017.
Un des co-auteurs de cette étude, le Dr Zhonghua YAO, est post-doctorant au Laboratoire de Physique Atmosphérique et Planétaire, un des groupes de l’unité de recherche STAR de l’Université de Liège où il bénéficie d’une bourse Marie Curie – COFUND. Depuis près d’un an il y partage l’expérience qu’il a acquise, notamment au laboratoire MSSL-UCL, dans le domaine des aurores terrestres et de la physique des plasmas magnétosphériques et qu’il applique maintenant aux planètes géantes.
Depuis plus de 25 ans, le Laboratoire de Physique Atmosphérique et Planétaire (LPAP) est spécialisé dans l’étude des aurores de Jupiter. Le LPAP participe activement à la mission NASA-Juno, en particulier avec le spectrographe UVS, dont un des éléments a été conçu au Centre Spatial de Liège (CSL), et le détecteur infrarouge JIRAM. En parallèle, le Pr Denis Grodent est à la tête d’une équipe internationale qui mène une importante campagne d’observation des aurores UV de Jupiter avec le télescope spatial Hubble. Certaines de ces observations, plus récentes, sont spécifiquement effectuées simultanément avec les télescopes XMM-Newton et Chandra ainsi qu’avec Juno. La combinaison de ces nouveaux résultats permettra de donner des éléments de réponse aux nombreuses questions soulevées par l’étude qui vient de paraître dans la revue Nature Astronomy.
L’auteur principal de cet article, William Dunn, était en visite au LPAP pendant une semaine au mois d’octobre pour discuter des nouvelles découvertes qui ont été faites depuis la parution de l’étude.
Pr Denis GRODENT – Unité de Recherche STAR
Laboratoire de Physique Atmosphérique et Planétaire (LPAP)
d.grodent@uliege.be I +32 4 3669773
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