Scritto: Mercoledì, 14 Settembre 2016 20:44 Ultima modifica: Giovedì, 15 Settembre 2016 08:20

Plutone a raggi X


Utilizzando l'osservatorio della NASA Chandra, gli scienziati hanno guardato Plutone a raggi X per la prima volta.

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Plutone a raggi X Crediti: X-ray: NASA/CXC/JHUAPL/R.McNutt et al; Optical: NASA/JHUAP

Mentre la sonda New Horizons stava per intraprendere il suo storico fly-by attorno al pianeta nano anche Chandra stava osservando Plutone e le sue lune rilevando raggi X a bassa energia quattro in tutto, il 24 febbraio 2014 e tre volte tra il 26 luglio ed il 3 agosto 2015 per un totale di 174 secondi, nella banda passante tra 0.31 e 0.60 keV.

Plutone è il più grande oggetto nella fascia di Kuiper che si estende oltre l'orbita di Nettuno, da 30 a 50 volte la distanza Terra-Sole:
"Abbiamo appena rilevato, per la prima volta, i raggi X provenienti da un oggetto della nostra fascia di Kuiper, segno che Plutone sta interagendo con il vento solare in modo inaspettato ed energico", ha dichiarato Carey Lisse, astrofisico presso il Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) che ha guidato il team Chandra in collaborazione con Ralph McNutt, ricercatore per New Horizons.
"Possiamo aspettarci che altri oggetti nella fascia di Kuiper facciano lo stesso".

Il rilevamento è sembrato piuttosto sorprendente dato che Plutone, freddo, roccioso e privo di campo magnetico, non ha alcun meccanismo naturale che emetta raggi X. Ciò potrebbe accadere, però, con un processo simile a quello cometario, in cui i gas che circondano l'oggetto possono interagire con il vento solare, il flusso costante di particelle cariche proveniente da Sole.

Tuttavia, il Solar Wind Around Pluto (SWAP) a bordo di New Horizons aveva osservato il processo da vicino trovando che il pianeta nano si comporta come un "ibrido", avvicinandosi più ad un pianeta come Marte che ad una cometa, con una lunga coda di ioni che si estende "sottovento" fino ad una distanza di circa 118.700 chilometri. Ma anche se Plutone stesse rilasciando abbastanza gas dal suo ambiente per creare i raggi X osservati da Chandra, l'intensità del vento solare a quella distanza non avrebbe abbastanza potenza per interagire a tale livelli.

Di fatto, quindi, le osservazioni di Chandra non coincidano perfettamente con quelle di New Horizons ed i dati sulla luminosità dei raggi X sono molto più alti di quanto ci si potesse aspettare.

Lisse e colleghi, tra cui i co-ricercatori SWAP David McComas dalla Princeton University e Heather Elliott del Southwest Research Institute, hanno formulato alcune ipotesi, tra cui la possibilità che la coda di ioni rilevata da New Horizons sia in realtà molto più estesa; oppure, il campo magnetico interplanetario sta concentrando più particelle nella regione di Plutone o ancora, la bassa densità del vento solare alla distanza di Plutone potrebbe portare alla formazione di una sorta di ciambella di gas neutro centrata attorno all'orbita del pianeta nano.

New Horizons ora sta viaggiando attraverso la Fascia di Kuiper per raggiungere 2014 MU69 ma è improbabile che Chandra riesca a rilevare emissioni di raggi X da questo piccolo corpo lontano. Potrebbe, però, aver fortuna con gli oggetti più grandi che New Horizons incontrerà lungo la strada, come ad esempio il pianeta nano Quaoar recentemente avvistato.

"Prima di Plutone, gli anelli di Saturno erano l'elemento del Sistema Solare più lontano in cui sono state rilevate emissione di raggi X", ha commentato il co-autore dello studio Scott Wolk del arvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Icarus.

The puzzling detection of x-rays from Pluto by Chandra [abstract]

Using Chandra ACIS-S, we have obtained low-resolution imaging X-ray spectrophotometry of the Pluto system in support of the New Horizons flyby on 14 July 2015. Observations were obtained in a trial “seed” campaign conducted in one visit on 24 Feb 2014, and a follow-up campaign conducted soon after the New Horizons flyby that consisted of 3 visits spanning 26 Jul to 03 Aug 2015. In a total of 174 ksec of on-target time, in the 0.31 to 0.60 keV passband, we measured 8 total photons in a co-moving 11 × 11 pixel2 box (the 90% flux aperture determined by observations of fixed background sources in the field) measuring ∼121,000 × 121,000 km2 (or ∼100 × 100 RPluto) at Pluto. No photons were detected from 0.60 to 1.0 keV in this box during the same exposures. Allowing for background, we find a net signal of 6.8 counts and a statistical noise level of 1.2 counts, for a detection of Pluto in this passband at > 99.95% confidence. The Pluto photons do not have the spectral shape of the background, are coincident with a 90% flux aperture co-moving with Pluto, and are not confused with any background source, so we consider them as sourced from the Pluto system. The mean 0.31 - 0.60 keV X-ray power from Pluto is 200 +200/-100 MW, in the middle range of X-ray power levels seen for other known Solar System emission sources: auroral precipitation, solar X-ray scattering, and charge exchange (CXE) between solar wind (SW) ions and atmospheric neutrals. We eliminate auroral effects as a source, as Pluto has no known magnetic field and the New Horizons Alice UV spectrometer detected no airglow from Pluto during the flyby. Nano-scale atmospheric haze particles could lead to enhanced resonant scattering of solar X-rays from Pluto, but the energy signature of the detected photons does not match the solar spectrum and estimates of Pluto's scattered X-ray emission are 2 to 3 orders of magnitude below the 3.9 ± 0.7 × 10−5 cps found in our observations. Charge-exchange-driven emission from hydrogenic and heliogenic SW carbon, nitrogen, and oxygen (CNO) ions can produce the energy signature seen, and the 6 × 1025 neutral gas escape rate from Pluto deduced from New Horizons’ data (Gladstone et al. 2016) can support the ∼3.0 +3.0/-1.5 × 1024 X-ray photons/s emission rate required by our observations. Using the solar wind proton density and speed measured by the Solar Wind Around Pluto (SWAP) instrument in the vicinity of Pluto at the time of the photon emissions, we find a factor of 40 +40/-20 lower SW minor ions flowing planarly into an 11 × 11 pixel2, 90% flux box centered on Pluto than are needed to support the observed emission rate. Hence, the SW must be somehow significantly focused and enhanced within 60,000 km (projected) of Pluto for this mechanism to work.

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Elisabetta Bonora

Nella vita lavorativa mi occupo di web, marketing e comunicazione, digital marketing. Nel tempo libero sono un'incontenibile space enthusiast e mamma di Sofia Vega.
Mi occupo di divulgazione scientifica, attraverso questo web, collaborazioni con riviste del settore ed image processing delle foto provenienti dalle missioni robotiche. Appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro. Nel 2019 è uscito il mio primo libro "Con la Cassini-Huygens nel sistema di Saturno".
Amo le missioni robotiche inviate nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

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