Las inusuales ondas de plasma detectadas sobre el polo norte de Júpiter podrían finalmente tener una explicación

Observaciones recientes del potente campo magnético de Júpiter realizadas por la sonda espacial Juno de la NASA han descubierto una variedad de ondas de plasma nunca antes documentada que parece desafiar nuestra comprensión actual de las magnetosferas planetarias.

Un nuevo artículo publicado en Physical Review Letters ofrece una explicación convincente de estos intrigantes fenómenos y propone que forman una clase de ondas de plasma y se transforman en una variedad completamente diferente.

Al igual que sus contrapartes en el agua del océano, las ondas de plasma son ondulaciones u oscilaciones que se propagan a través de un «mar» de partículas cargadas en la magnetosfera de un planeta.

Tradicionalmente, se clasifican en dos categorías: oscilaciones rápidas de alta frecuencia de electrones con carga negativa, conocidas como ondas de Langmuir; y oscilaciones más bajas y lentas de iones relativamente pesados (átomos desprovistos de uno o más electrones), conocidas como ondas de Alfvén.

Los electrones que crean las ondas de Langmuir de alta frecuencia oscilan paralelamente a las líneas del campo magnético de Júpiter. Esta es una aproximación de la magnetosfera planetaria a las ondas sonoras que emanan de una cuerda de guitarra oscilante.

Sin embargo, los iones se comportan de forma muy diferente. En lugar de formar parte de un mar de plasma con carga eléctrica que flota libremente, los iones con carga positiva permanecen ligados a las potentes líneas del campo magnético de Júpiter, girando a su alrededor a una velocidad fija conocida como girofrecuencia. Esta velocidad establece un límite superior a la frecuencia de las ondas de Alfvén.

Los resultados de Juno parecen desdibujar la línea entre estos dos fenómenos. Los datos muestran que en las altas latitudes septentrionales de Júpiter, donde el campo magnético de Júpiter desciende a tan solo 40 veces el de la Tierra, las frecuencias del plasma eran mucho más bajas que la girofrecuencia iónica, lo contrario de lo que se observaría normalmente.

Para esclarecer estas lecturas anómalas, un equipo de investigadores dirigido por Robert Lysak, de la Universidad de Minnesota, identificó un posible mecanismo por el cual un gran número de ondas de Alfvén podrían transformarse en ondas de Langmuir.

Al estudiar los datos de Juno a medida que su órbita en declive la acercaba a las latitudes septentrionales de Júpiter (y su inmersión final en la densa atmósfera del planeta), los investigadores compararon las relaciones entre la frecuencia de las ondas de plasma y el número de onda. Cuanto más al norte viajaba la sonda, menor era la densidad de la magnetosfera medida, lo que también se correspondía con menores concentraciones de electrones.

Lysak y su equipo sugieren que, en estas condiciones magnetosféricas tan inusuales cerca del polo norte de Júpiter, existe una vía potencial para que un gran número de ondas de Alfvén se transformen en ondas de Langmuir.

Proponen que esta metamorfosis podría estar catalizada por otro fenómeno inusual observado previamente por Juno en 2016: potentes haces de electrones que viajan hacia arriba con energías cercanas a los 100 mil electrónvoltios.

Los investigadores señalan que sus resultados «…indican la existencia de un nuevo tipo de modo de onda de plasma que se produce en las inusuales condiciones de alta intensidad del campo magnético y baja densidad de plasma en las altas latitudes y bajas altitudes de la magnetosfera de Júpiter».

Con información de Physical Review Letters