木星非热硬 X 射线的观测与起源
地球与行星天体物理
2024-09-25 v1 高能天体物理现象
摘要
在地球上由丰富多样的波散射或随机过程加速的电子产生高达 >~ 1 MeV 的硬非热 X 射线轫致辐射，并驱动地球各类极光。尽管木星的磁场比地球大一个数量级，天基望远镜此前仅探测到高达约 7 keV 的 X 射线。基于木星极光 X 射线产生的理论模型，2-7 keV 波段的 X 射线发射被解释为热（源于以 Maxwell-Boltzmann 分布为特征的电子）轫致辐射。本文报道利用 NuSTAR X 射线天文台获得的木星极光 8-20 keV 波段硬 X 射线观测。X 射线拟合为斜率 0.60+/-0.22 的平坦幂律模型——一种非热硬 X 射线轫致辐射的谱特征。我们利用 Juno 航天器的 JADE 和 JEDI 仪器的同期原位测量确定 keV 到 MeV 能量范围内的电子通量与能谱形状。我们所观测到的木星电子能谱形式先前被解释为源于随机加速，而非电场的相干加速。通过在模型木星大气中模拟经历沉降电子能量损失、二次电子产生和轫致辐射发射的非热电子群，我们重现了 NuSTAR 观测到的 X 射线能谱形状和近似通量，并解释了 Ulysses 未探测到硬 X 射线的原因。结果突显了在地球和木星产生硬 X 射线极光过程的相似性，这可能也发生在土星上。
引用
@article{arxiv.2202.08347,
title = {Observation and origin of non-thermal hard X-rays from Jupiter},
author = {Kaya Mori and Charles Hailey and Gabriel Bridges and Shifra Mandel and Amani Garvin and Brian Grefenstette and William Dunn and Benjamin J. Hord and Graziella Branduardi-Raymont and John Clarke and Caitriona Jackman and Melania Nynka and Licia Ray},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.08347},
year = {2024}
}
备注
39 pages, 6 figures, 2 tables. Published in Nature Astronomy (https://www.nature.com/articles/s41550-021-01594-8)