Ett forskarlag som leds av UCL har löst ett årtionden gammalt mysterium om hur Jupiter producerar en spektakulär skur av röntgenstrålar med några minuters mellanrum.

Röntgenstrålningen är en del av Jupiters norrsken – utbrott av synligt och osynligt ljus som uppstår när laddade partiklar interagerar med planetens atmosfär. Ett liknande fenomen inträffar på jorden, skapa norrsken, men Jupiters är mycket kraftfullare, släpper hundratals gigawatt kraft, tillräckligt för att en kort stund driva hela den mänskliga civilisationen.

I en ny studie, publiceras i Vetenskapens framsteg , forskare kombinerade närbildsobservationer av Jupiters miljö av NASA:s satellit Juno, som för närvarande kretsar runt planeten, med samtidiga röntgenmätningar från Europeiska rymdorganisationens XMM-Newton-observatorium (som befinner sig i jordens egen bana).

Forskargruppen, ledd av UCL och den kinesiska vetenskapsakademin, upptäckte att röntgenflammor utlöstes av periodiska vibrationer av Jupiters magnetfältslinjer. Dessa vibrationer skapar vågor av plasma (joniserad gas) som skickar tunga jonpartiklar att "surfa" längs magnetfältslinjer tills de slår in i planetens atmosfär, frigör energi i form av röntgenstrålar.

Medförfattaren Dr. William Dunn (UCL Mullard Space Science Laboratory) sa:"Vi har sett Jupiter producera röntgenaurora i fyra decennier, men vi visste inte hur det gick till. Vi visste bara att de producerades när joner kraschade in i planetens atmosfär.

"Nu vet vi att dessa joner transporteras av plasmavågor - en förklaring som inte har föreslagits tidigare, även om en liknande process producerar jordens eget norrsken. Det kunde, därför, vara ett universellt fenomen, finns i många olika miljöer i rymden."

Röntgen norrsken förekommer vid Jupiters nord- och sydpoler, ofta med urverksregelbundenhet - under denna observation producerade Jupiter skurar av röntgenstrålar var 27:e minut.

De laddade jonpartiklarna som träffar atmosfären kommer från vulkanisk gas som strömmar ut i rymden från jättevulkaner på Jupiters måne, Io.

Denna gas blir joniserad (dess atomer tas fria från elektroner) på grund av kollisioner i Jupiters omedelbara miljö, bildar en munk av plasma som omger planeten.

Medförfattare Dr. Zhonghua Yao (kinesiska vetenskapsakademin, Peking) sa:"Nu har vi identifierat denna grundläggande process, det finns en uppsjö av möjligheter för var det skulle kunna studeras härnäst. Liknande processer inträffar troligen runt Saturnus, Uranus, Neptunus och förmodligen exoplaneter också, med olika typer av laddade partiklar som "surfar" på vågorna."

Medförfattare professor Graziella Branduardi-Raymont (UCL Mullard Space Science Laboratory) sa:"Röntgenstrålar produceras vanligtvis av extremt kraftfulla och våldsamma fenomen som svarta hål och neutronstjärnor, så det verkar konstigt att bara planeter producerar dem också.

"Vi kan aldrig besöka svarta hål, eftersom de är bortom rymdresor, men Jupiter är på vår tröskel. Med ankomsten av satelliten Juno in i Jupiters bana, astronomer har nu en fantastisk möjlighet att studera en miljö som producerar röntgenstrålar på nära håll."

För den nya studien, forskare analyserade observationer av Jupiter och dess omgivande miljö utförda kontinuerligt under en 26-timmarsperiod av satelliterna Juno och XMM-Newton.

De fann en tydlig korrelation mellan vågor i plasman som upptäckts av Juno och röntgenljusbloss vid Jupiters nordpol registrerade av X-MM Newton. De använde sedan datormodellering för att bekräfta att vågorna skulle driva de tunga partiklarna mot Jupiters atmosfär.

Varför magnetfältslinjerna vibrerar periodiskt är oklart, men vibrationen kan bero på interaktioner med solvinden eller från höghastighetsplasmaflöden inom Jupiters magnetosfär.

Jupiters magnetfält är extremt starkt - cirka 20, 000 gånger så stark som jordens — och därför dess magnetosfär, området som kontrolleras av detta magnetfält, är extremt stor. Om det var synligt på natthimlen, den skulle täcka ett område som är flera gånger så stort som vår måne.