Sedan de först upptäcktes i slutet av 1960-talet har pulsars fortsatt att fascinera astronomer. Även om tusentals av dessa pulserande, snurrande stjärnor har observerats under de senaste fem decennierna, finns det mycket om dem som fortsätter att undgå oss. Till exempel, medan vissa avger både radio- och gammastrålpulser, är andra begränsade till antingen radio- eller gammastrålningsstrålning.
Men tack vare ett par studier från två internationella team av astronomer kanske vi närmar oss förstå varför det är så. Genom att förlita sig på data som samlats in av Chandra röntgenobservatorium för två pulsars (Geminga och B0355 + 54) kunde teamen visa hur deras utsläpp och den underliggande strukturen i deras nebulosor (som liknar maneter) kunde relateras.
Dessa studier, "Deep Chandra Observations of the Pulsar Wind Nebula Created by PSR B0355 + 54" och "Geminga's Puzzling Pulsar Wind Nebula" publicerades i Den Astrofysiska Journal. För båda förlitade sig teamen på röntgendata från Chandra-observatoriet för att undersöka Geminga och B0355 + 54 pulsars och deras tillhörande pulsarvindnebulor (PWN).
Geminga och B00355 54 ljusår från Jorden (respektive) är Geminga och B0355 + 54 pulsarer ganska lika. Förutom att ha liknande rotationsperioder (5 gånger per sekund) är de också ungefär samma ålder (~ 500 miljoner år). Geminga avger emellertid endast gammastrålimpulser medan B0355 + 54 är en av de ljusaste kända radiopulserna, men avger inga observerbara gammastrålar.
Dessutom är deras PWN strukturerade helt annorlunda. Baserat på sammansatta bilder som skapats med hjälp av Chandra röntgendata och Spitzer-infraröda data, liknar den en manet vars slingrar är avslappnade medan den andra ser ut som en manet som är stängd och böjd. Som Bettina Posselt - en ledande forskningsassistent vid Institutionen för astronomi och astrofysik vid Penn State och huvudförfattaren på Geminga-studien - berättade för Space Magazine via e-post:
”Chandra-data resulterade i två väldigt olika röntgenbilder av pulsarvindnulorna runt pulsars Geminga och PSR B0355 + 54. Även om Geminga har en tydlig struktur med tre svansar, visar bilden av PSR B0355 + 54 en bred svans med flera understrukturer. ”
Med all sannolikhet är sväxterna från Gemingas och B0355 + 54 smala strålar som härstammar från pulsars snurrstänger. Dessa strålar ligger vinkelrätt mot den munkformade skivan (alias en torus) som omger ekvatorialregionens pulsarsområden. Som Noel Klingler, en doktorand vid George Washington University och författaren till B0355 + 54-tidningen, berättade för Space Magazine via e-post:
”Det interstellära mediet (ISM) är inte ett perfekt vakuum, så eftersom båda dessa pulsarer plöjer genom rymden med hundratals kilometer per sekund, utövar spårmängden gas i ISM tryck, och trycker på så sätt tillbaka / böjer pulsarvinden. bakom pulsars, som visas på bilderna som erhållits av Chandra röntgenobservatorium. ”
Deras uppenbara strukturer verkar bero på deras disposition i förhållande till Jorden. I Gemingas fall är vyn av torusen i kant medan strålarna pekar ut mot sidorna. I fallet med B0355 + 54 ses torusen med framsidan medan strålarna pekar både mot och bort från jorden. Från vår utsiktspunkt ser dessa jets ut som om de är ovanpå varandra, vilket är det som gör att det ser ut som om det har en dubbel svans. Som Posselt beskriver det:
”Båda strukturerna kan förklaras med samma allmänna modell av pulsarvindnebulor. Skälen till de olika bilderna är (a) vårt perspektiv och (b) hur snabbt och vart pulsaren rör sig. I allmänhet kan de observerbara strukturerna för sådana pulsarvindnebulor beskrivas med en ekvatorial torus och polära strålar. Torus och Jets kan påverkas (t.ex. böjda jetstrålar) av "huvudvinden" från det interstellära mediet som pulsaren rör sig i. Beroende på vår synvinkel på torus, jetstrålar och pulsars rörelse upptäcks olika bilder av Chandra röntgenobservatorium. Geminga ses "från sidan" (eller i kant med avseende på torus) med strålarna ungefär belägna i himmelplanet medan vi för B0355 + 54 nästan direkt ser till en av polerna. ”
Denna orientering kan också hjälpa till att förklara varför de två pulsarsna verkar avge olika typer av elektromagnetisk strålning. I grund och botten är magnetpolerna - som ligger nära deras spinnpoler - där en pulsars radioutsläpp tros komma från. Samtidigt tros gammastrålar släppas ut längs en pulsars rotationsekvator, där torusen är belägen.
”Bilderna avslöjar att vi ser Geminga från edge-on (dvs. tittar på ekvatorn) eftersom vi ser röntgenstrålar från partiklar som sjösattes in i de två strålarna (som ursprungligen är i linje med radiostrålarna), som är pekade mot himlen , och inte på jorden, ”sade Klingler. ”Detta förklarar varför vi bara ser Gamma-ray-pulser från Geminga. Bilderna indikerar också att vi tittar på B0355 + 54 från ett perspektiv uppifrån och ned (dvs ovanför en av polerna, tittar in i strålarna). Så när pulsaren roterar sveper radiostrålens mitt över jorden, och vi upptäcker pulserna; men gammastrålarna lanseras rakt ut från pulsars ekvator, så vi ser dem inte från B0355. "
"De geometriska begränsningarna på varje pulsar (var är polerna och ekvatorn) från pulsarvindens nebuloser hjälper till att förklara fynd beträffande radio- och gammastrålpulserna för dessa två neutronstjärnor," sade Posselt. ”Till exempel verkar Geminga radiostilla (inga starka radiopulser) eftersom vi inte har en direkt utsikt över polerna och pulsad radioutsläpp tros genereras i ett område nära polerna. Men Geminga visar starka gammastrålpulsationer, eftersom dessa inte produceras vid polerna utan närmare ekvatorialområdet. ”
Dessa observationer var del av en större kampanj för att studera sex pulsars som har sett att avge gammastrålar. Denna kampanj leds av Roger Romani från Stanford University, i samarbete med astronomer och forskare från GWU (Oleg Kargaltsev), Penn State University (George Pavlov) och Harvard University (Patrick Slane).
Dessa studier släpper inte bara på nytt ljus på egenskaperna hos pulsar vindnebulor, de ger också observationsbevis för att hjälpa astronomer att skapa bättre teoretiska modeller av pulsars. Dessutom kan studier som dessa - som undersöker geometrin för pulsarmagnetosfärer - göra det möjligt för astronomer att bättre uppskatta det totala antalet exploderade stjärnor i vår galax.
Genom att känna till de vinklar som pulsars kan detekteras bör de kunna uppskatta mängden som inte är synlig från jorden. Ännu ett sätt på vilket astronomer arbetar för att hitta de himmelska föremål som kan lura i mänsklighetens blinda fläckar!
