La interacción única de Júpiter y su pequeña luna Io es responsable de que el gigante de gas sea al acelerador más fuerte del sistema solar, impulsando partículas a velocidad casi la de la luz.
«Io juega un papel clave en que Júpiter sea un gran acelerador de partículas», dijo George Clark, físico espacial del Laboratorio de Física Aplicada (APL) de Johns Hopkins y autor principal de un estudio publicado en Geophysical Research Letters, que analizó los datos recopilados por la nave espacial Juno de la NASA. «Esta pequeña luna tiene un impacto tan fuerte, es realmente una locura».
El reclamo de la fama de Io es ser el cuerpo más volcánico del sistema solar, con cientos de volcanes activos. Resulta que esos volcanes también ayudan a hacer de Júpiter un poderoso acelerador.
Parte del material que eructan los volcanes termina formando una atmósfera muy delgada alrededor de Io llamada exosfera. A medida que estas partículas atmosféricas interactúan con el tesoro de electrones, protones e iones (moléculas cargadas) que rodean a Júpiter, también se cargan y, en consecuencia, quedan atrapadas girando en espiral alrededor de las líneas del campo magnético de Júpiter. Esto crea un circuito eléctrico entre Io y Júpiter, como un cable invisible que se extiende por más de 418.000 kilómetros, lanzando partículas a millones de kilómetros por hora.
UN EVENTO DE SUERTE
Los científicos han sabido sobre el vínculo invisible entre Io y Júpiter durante décadas, después de haberlo estudiado con observatorios espaciales y terrestres y algunas miradas de cerca con las misiones Voyager y Galileo.
Pero el 1 de abril de 2018, mientras se acercaba a Júpiter por duodécima vez, la nave espacial Juno de la NASA pasó muy cerca (posiblemente directamente a través) de la región donde Io se «conecta» a Júpiter, donde los electrones acelerados por la interacción de Io caen sobre la atmósfera de Júpiter y crean una brillante aurora llamada «huella auroral» de Io.
Ninguna nave espacial ha pasado antes por esta región. Y para sorpresa de todos, el Instrumento de Detector Energético de Partículas de Júpiter (JEDI) construido por APL de Juno detectó protones que se alejaban de Júpiter hacia Io a una velocidad de hasta 50 millones de kilómetros por hora.
«Ese es el evento iónico más intenso que ha visto Juno desde que llegó a Júpiter», dijo Clark en un comunicado. «Es la primera vez que vemos este tipo de evento con un planeta interactuando con una de sus lunas activas».
Pero él, junto con el resto del equipo JEDI, no lo creyó. Los científicos pensaron que principalmente los electrones se aceleraban entre Júpiter e Ío, y con razón. A medida que el campo magnético intenta acelerar el nuevo material y mantener el paso con la rotación de Júpiter, «genera ondas y campos magnéticos distorsionados que se propagan a lo largo de las líneas del campo magnético de regreso a Júpiter», explicó Clark. Las ondas generadas se denominan ondas Alfvén. Son como ondas en una línea de campo magnético. Y pueden acelerar partículas, pero principalmente electrones, no protones o iones.
Durante varios meses, Clark y los demás atribuyeron las medidas inusuales de JEDI a un problema con el instrumento, es decir, hasta que los equipos de los otros instrumentos de Juno comenzaron a publicar artículos diciendo que habían visto el mismo evento peculiar.
El equipo de JEDI tardó un año en concretar que sus datos eran reales y, finalmente, darle sentido a todo.
UNA NUEVA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN
El equipo determinó que los electrones que se aceleraban entre Io y Júpiter estaban creando otro tipo de onda llamada onda ciclotrón de iones. Estas son ondas de compresión como ondas sonoras, excepto que viajan a través de campos eléctricos.
Ocasionalmente, las ondas de ciclotrón de iones viajan a la misma frecuencia que las partículas cargadas que giran alrededor de las líneas del campo magnético. Cuando estas ondas pasan sobre las partículas en espiral, les dan un impulso de velocidad, similar a la forma en que los surfistas pueden ser «acelerados» montando una ola oceánica, dijo Jamey Szalay, físico espacial de la Universidad de Princeton y coautor del estudio.
Pero estas ondas estaban dando a los protones que flotaban por encima de Júpiter más que un simple empujón: los estaban empujando. Cada segundo, las ondas impulsaban a los protones a 1,1 millones de kilómetros por hora más rápido. Transferían tanta energía que los protones podían escapar de la inmensa atracción gravitacional de Júpiter, hacer girar el campo magnético y moverse hacia Io. Juno pasó por es corriente.
«Estas observaciones han revelado una línea de investigación completamente nueva sobre la complejidad de la interacción de Io con Júpiter y las características aurorales que crea», dijo Szalay. «Estos protones son, en cierto sentido, trazadores que nos permiten comprender mejor cómo las ondas pueden interactuar con las partículas cargadas».
