Od czasu ich pierwszego odkrycia pod koniec lat 60. pulsary nadal fascynują astronomów. Mimo że w ciągu ostatnich pięciu dekad zaobserwowano tysiące pulsujących, wirujących gwiazd, wiele z nich wciąż nas umyka. Na przykład, podczas gdy niektóre emitują zarówno impulsy radiowe, jak i gamma, inne są ograniczone do promieniowania radiowego lub gamma.
Jednak dzięki analizie przeprowadzonej przez dwa międzynarodowe zespoły astronomów możemy być bliżej zrozumienia, dlaczego tak jest. Opierając się na danych zebranych przez Obserwatorium Rentgenowskie Chandra dwóch pulsarów (Geminga i B0355 + 54), zespoły były w stanie wykazać, w jaki sposób można powiązać ich emisje i strukturę mgławic (które przypominają meduzę).
Badania te, „Głębokie obserwacje Chandra Mgławicy Wiatru Pulsar utworzonego przez PSR B0355 + 54” oraz „Intrygująca Mgławica Wiatru Pulsara Gemingi” zostały opublikowane w Podróż astrofizycznal. Oba zespoły oparły się na danych rentgenowskich z Obserwatorium Chandra w celu zbadania pulsarów Geminga i B0355 + 54 oraz powiązanych z nimi mgławic pulsarowych (PWN).
Znajdujące się odpowiednio 800 i 3400 lat świetlnych od Ziemi pulsary Geminga i B0355 + 54 są dość podobne. Oprócz podobnych okresów rotacyjnych (5 razy na sekundę), są one również w tym samym wieku (~ 500 milionów lat). Jednak Geminga emituje tylko impulsy promieniowania gamma, podczas gdy B0355 + 54 jest jednym z najjaśniejszych znanych pulsarów radiowych, ale nie emituje żadnych obserwowalnych promieni gamma.
Co więcej, ich PWN mają zupełnie inną strukturę. Na podstawie złożonych obrazów utworzonych przy użyciu danych rentgenowskich Chandra i danych w podczerwieni Spitzera, jeden przypomina meduzę, której wąsy są rozluźnione, a drugi wygląda jak meduza, która jest zamknięta i zgięta. Jak Bettina Posselt - starszy pracownik naukowy w Departamencie Astronomii i Astrofizyki w Penn State oraz główny autor badania Geminga - powiedziała Space Magazine pocztą elektroniczną:
„Dane Chandra zaowocowały dwoma bardzo różnymi zdjęciami rentgenowskimi mgławic wiatrowych pulsarowych wokół pulsarów Geminga i PSR B0355 + 54. Podczas gdy Geminga ma wyraźną strukturę trzy-ogonową, obraz PSR B0355 + 54 pokazuje jeden szeroki ogon z kilkoma podkonstrukcjami. ”
Najprawdopodobniej ogony Geminga i B0355 + 54 są wąskimi dżetami emanującymi z biegunów spinowych pulsara. Strumienie te leżą prostopadle do krążka w kształcie pączka (zwanego torusem), który otacza obszary równikowe pulsarów. Jak Noel Klingler, doktorant z George Washington University i autor artykułu B0355 + 54, powiedział Space Magazine pocztą elektroniczną:
„Medium międzygwiezdne (ISM) nie jest idealną próżnią, więc ponieważ oba pulsary przebijają się przez przestrzeń z prędkością setek kilometrów na sekundę, śladowa ilość gazu w ISM wywiera nacisk, w ten sposób odpychając / zginając mgławice wiatru pulsarowego za pulsarami, jak pokazano na zdjęciach uzyskanych przez Obserwatorium Rentgenowskie Chandra. ”
Ich pozorne struktury wydają się wynikać z ich położenia względem Ziemi. W przypadku Gemingi widok torusa jest ostry, a strumienie skierowane w bok. W przypadku B0355 + 54 torus jest widoczny twarzą do góry, podczas gdy strumienie skierowane są zarówno w kierunku Ziemi, jak i od niej. Z naszego punktu widzenia, dżety wyglądają tak, jakby były na sobie, co sprawia, że wygląda na to, że ma podwójny ogon. Jak to opisuje Posselt:
„Obie struktury można wyjaśnić tym samym ogólnym modelem mgławic wiatrowych pulsarowych. Przyczyny różnych obrazów to (a) nasza perspektywa oglądania oraz (b) szybkość i kierunek przemieszczania się pulsara. Zasadniczo obserwowalne struktury takich pulsarowych mgławic wiatrowych można opisać tororem równikowym i dżetami polarnymi. Na torus i strumienie może wpływać (np. Wygięte strumienie) „wiatr głowy” z ośrodka międzygwiezdnego, w którym porusza się pulsar. Zależnie od naszego kąta patrzenia torusa, strumieni i ruchu pulsara, różne obrazy są wykrywane przez obserwatorium rentgenowskie Chandra. Geminga jest widziana „z boku” (lub w stosunku do torusa) z dyszami z grubsza umieszczonymi w płaszczyźnie nieba, podczas gdy w przypadku B0355 + 54 patrzymy prawie bezpośrednio na jeden z biegunów. ”
Ta orientacja może również pomóc wyjaśnić, dlaczego dwa pulsary wydają się emitować różne rodzaje promieniowania elektromagnetycznego. Zasadniczo bieguny magnetyczne - znajdujące się blisko biegunów spinowych - są miejscem, z którego prawdopodobnie pochodzą emisje radiowe pulsara. Tymczasem uważa się, że promienie gamma są emitowane wzdłuż równika spinowego pulsara, w którym znajduje się torus.
„Obrazy pokazują, że widzimy Gemingę od krawędzi (tj. Patrząc na jej równik), ponieważ widzimy promieniowanie rentgenowskie z cząstek wystrzeliwanych w dwa strumienie (które są początkowo wyrównane z wiązkami radiowymi), które są skierowane w niebo , a nie na Ziemi - powiedział Klingler. „To wyjaśnia, dlaczego widzimy tylko impulsy promieniowania gamma z Gemingi. Obrazy wskazują również, że patrzymy na B0355 + 54 z góry na dół (tj. Ponad jednym z biegunów, patrząc w dysze). Kiedy pulsar się obraca, środek wiązki radiowej przesuwa się po Ziemi i wykrywamy impulsy; ale promienie gamma są wypuszczane bezpośrednio z równika pulsara, więc nie widzimy ich z B0355 ”.
„Ograniczenia geometryczne każdego pulsara (gdzie są bieguny i równik) z mgławicy wiatru pulsarowego pomagają wyjaśnić ustalenia dotyczące impulsów radiowych i gamma tych dwóch gwiazd neutronowych” - powiedział Posselt. „Na przykład Geminga wydaje się cicha radiowo (brak silnych impulsów radiowych), ponieważ nie mamy bezpośredniego widoku na bieguny, a pulsacyjna emisja radiowa jest generowana w regionie blisko biegunów. Ale Geminga wykazuje silne pulsacje promieniowania gamma, ponieważ nie są one wytwarzane na biegunach, ale bliżej regionu równikowego. ”
Obserwacje te były częścią większej kampanii mającej na celu zbadanie sześciu pulsarów, które jak dotąd emitowały promieniowanie gamma. Kampania prowadzona jest przez Rogera Romani z Uniwersytetu Stanforda, przy współpracy astronomów i badaczy z GWU (Oleg Kargaltsev), Penn State University (George Pavlov) i Harvard University (Patrick Slane).
Badania te nie tylko rzucają nowe światło na właściwości mgławic wiatrowych pulsar, ale także dostarczają dowodów obserwacyjnych, które pomagają astronomom w tworzeniu lepszych teoretycznych modeli pulsarów. Ponadto takie badania - które badają geometrię magnetosfer pulsarowych - mogłyby pozwolić astronomom lepiej oszacować całkowitą liczbę wybuchających gwiazd w naszej galaktyce.
Znając zakres kątów wykrywalności pulsarów, powinni oni być w stanie lepiej oszacować ilość niewidoczną z Ziemi. Jeszcze inny sposób, w jaki astronomowie pracują nad znalezieniem ciał niebieskich, które mogą czaić się w martwych punktach ludzkości!
