Siden de ble oppdaget først på slutten av 1960-tallet, har pulsarer fortsatt å fascinere astronomer. Selv om tusenvis av disse pulserende, spinnende stjernene har blitt observert de siste fem tiårene, er det mye om dem som fortsetter å unnslippe oss. For eksempel, mens noen sender ut både radio- og gammastrålepulser, er andre begrenset til enten radio- eller gammastråle-stråling.
Imidlertid, takket være et par studier fra to internasjonale team av astronomer, vil vi kanskje komme nærmere forståelsen av hvorfor dette er. Med å stole på data samlet av Chandra X-ray Observatory av to pulsarer (Geminga og B0355 + 54), kunne teamene vise hvordan deres utslipp og den underliggende strukturen til tåkevannene (som ligner maneter) kan relateres.
Disse studiene, "Deep Chandra Observations of the Pulsar Wind Nebula Created by PSR B0355 + 54" og "Geminga's Puzzling Pulsar Wind Nebula" ble publisert i The Astrophysical Journal. For begge var teamene avhengig av røntgendata fra Chandra-observatoriet for å undersøke Geminga og B0355 + 54 pulsarer og deres tilhørende pulsarvindnebulaer (PWN).
Geminga og B0355 + 54 pulsarer er ganske like lokalisert 800 og 3400 lysår fra Jorden (henholdsvis). I tillegg til å ha lignende rotasjonsperioder (5 ganger per sekund), er de også omtrent samme alder (~ 500 millioner år). Geminga avgir imidlertid bare gammastrålepulser mens B0355 + 54 er en av de lyseste kjente radiopulsarene, men avgir ingen observerbare gammastråler.
Dessuten er PWN-ene strukturert ganske annerledes. Basert på sammensatte bilder laget med Chandra røntgendata og Spitzer infrarøde data, ligner den ene på en manet hvis kvister er avslappet, mens den andre ser ut som en manet som er lukket og bøyd. Som Bettina Posselt - senior forskningsansvarlig ved Institutt for astronomi og astrofysikk i Penn State, og hovedforfatter på Geminga-studien, fortalte Space Magazine via e-post:
“Chandra-dataene resulterte i to veldig forskjellige røntgenbilder av pulsarvindnevlene rundt pulsarene Geminga og PSR B0355 + 54. Mens Geminga har en distinkt tre-halers struktur, viser bildet av PSR B0355 + 54 en bred hale med flere understrukturer. ”
Etter all sannsynlighet er halingene fra Geminga og B0355 + 54 smale jetfly som stammer fra pulsarens spinnstenger. Disse jetflyene ligger vinkelrett på den smultringformede disken (aka. En torus) som omgir pulsars ekvatoriale regioner. Som Noel Klingler, en doktorgradsstudent ved George Washington University og forfatteren av B0355 + 54-papiret, fortalte Space Magazine via e-post:
”Det interstellare mediet (ISM) er ikke et perfekt vakuum, så da begge disse pulsarene pløyer seg gjennom verdensrommet med hundrevis av kilometer i sekundet, utøver spormengden i ISM trykk, og skyver dermed tilbake / bøyer den pulsar vindnebulaen bak pulsarsene, som vist på bildene hentet av Chandra røntgenobservatorium. ”
Deres tilsynelatende strukturer ser ut til å skyldes sin disposisjon i forhold til Jorden. I Gemingas tilfelle er utsikten til torusen i front mens jetflyene peker ut mot sidene. I tilfelle av B0355 + 54 blir torusen sett med ansiktet mens dysene peker både mot og bort fra Jorden. Fra utsiktspunktet vårt ser disse jetflyene ut som om de er oppå hverandre, og det er det som får det til å se ut som om det har en dobbel hale. Som Posselt beskriver det:
“Begge strukturer kan forklares med den samme generelle modellen av pulsarvindnevler. Årsakene til de forskjellige bildene er (a) vårt perspektiv, og (b) hvor raskt og hvor pulsaren beveger seg. Generelt kan de observerbare strukturer av slike pulsarvindnevler beskrives med en ekvatorial torus og polare jetfly. Torus og Jets kan påvirkes (f.eks. Bøyde jetfly) av "hodevinden" fra det interstellare mediet pulsaren beveger seg i. Avhengig av vår synsvinkel på torus, jetfly og bevegelsen til pulsaren, oppdages forskjellige bilder av røntgenobservatoriet Chandra. Geminga sees "fra siden" (eller kantet på med hensyn til torus) med jetflyene som ligger omtrent i himmelplanet, mens vi for B0355 + 54 ser nesten direkte på en av polene. ”
Denne retningen kan også bidra til å forklare hvorfor de to pulsarene ser ut til å avgi forskjellige typer elektromagnetisk stråling. I utgangspunktet er magnetpolene - som ligger nær spinnpolene - der man antar å komme fra en pulsars radioutslipp. I mellomtiden antas det at gammastråler sendes ut langs en pulsars spinnekvator, der torusen ligger.
“Bildene avslører at vi ser Geminga fra edge-on (dvs. å se på ekvator) fordi vi ser røntgenstråler fra partikler som føres inn i de to jetflyene (som opprinnelig er på linje med radiostrålene), som er pekt inn i himmelen , og ikke på Jorden, ”sa Klingler. “Dette forklarer hvorfor vi bare ser Gamma-ray pulser fra Geminga. Bildene indikerer også at vi ser på B0355 + 54 fra et perspektiv ovenfra og ned (dvs. over en av polene, og ser inn i jetflyene). Så når pulsaren roterer, sveiper sentrum av radiostrålen over Jorden, og vi oppdager pulser; men gammastrålene blir lansert rett ut fra pulsarens ekvator, så vi ser dem ikke fra B0355. "
"De geometriske begrensningene på hver pulsar (hvor er polene og ekvator) fra pulsarvindnevlene er med på å forklare funnene angående radio- og gammastrålepulser til disse to nøytronstjernene," sa Posselt. Geminga ser for eksempel ut som radiostille (ingen sterke radiopulser) fordi vi ikke har direkte utsikt til polene og det antas at pulserende radioutslipp genereres i et område nær polene. Men Geminga viser sterke gammastrålepulsasjoner, fordi disse ikke er produsert ved polene, men nærmere ekvatorialregionen. ”
Disse observasjonene var del av en større kampanje for å studere seks pulsarer som er sett å avgi gammastråler. Denne kampanjen ledes av Roger Romani fra Stanford University, i samarbeid med astronomer og forskere fra GWU (Oleg Kargaltsev), Penn State University (George Pavlov) og Harvard University (Patrick Slane).
Ikke bare kaster disse studiene nytt lys over egenskapene til pulsar vindnebler, de gir også observasjonsbevis for å hjelpe astronomer med å lage bedre teoretiske modeller av pulsarer. I tillegg kan studier som disse - som undersøker geometrien til pulsarmagnetosfærer - tillate astronomer å bedre estimere det totale antallet eksploderte stjerner i vår galakse.
Ved å kjenne til vinkelen som pulsarer kan oppdages, bør de kunne estimere mengden som ikke er synlig fra Jorden bedre. Nok en måte astronomer jobber med å finne de himmelske gjenstandene som kan lurer i menneskets blinde flekker!
