С тех пор как они были впервые обнаружены в конце 1960-х годов, пульсары продолжают очаровывать астрономов. Хотя тысячи этих пульсирующих вращающихся звезд наблюдались в течение последних пяти десятилетий, многое из них продолжает ускользать от нас. Например, в то время как некоторые излучают импульсы как радио, так и гамма-излучения, другие ограничиваются радио- или гамма-излучением.
Однако, благодаря паре исследований двух международных групп астрономов, мы можем приблизиться к пониманию, почему это так. Опираясь на данные, собранные рентгеновской обсерваторией Чандра о двух пульсарах (Geminga и B0355 + 54), команды смогли показать, как могут быть связаны их выбросы и основная структура их туманностей (которые напоминают медуз).
Эти исследования, «Наблюдения Глубокой Чандры о туманности Пульсарского ветра, созданные PSR B0355 + 54» и «Загадочная туманность Пульсара ветра Геминги», были опубликованы в Астрофизическая ЖурналL. В обоих случаях команды использовали рентгеновские данные обсерватории Чандра для изучения пульсаров Geminga и B0355 + 54 и связанных с ними ветровых туманностей пульсаров (PWN).
Расположенные в 800 и 3400 световых годах от Земли (соответственно), пульсары Geminga и B0355 + 54 очень похожи. Помимо одинаковых периодов вращения (5 раз в секунду), они также примерно одного возраста (~ 500 миллионов лет). Однако Геминга испускает только гамма-импульсы, в то время как B0355 + 54 является одним из самых ярких известных радиопульсаров, но не испускает видимых гамма-лучей.
Более того, их PWN имеют совершенно другую структуру. На основе составных изображений, созданных с использованием рентгеновских данных Chandra и инфракрасных данных Spitzer, одно напоминает медузу, усики которой расслаблены, в то время как другое выглядит как медуза, которая закрыта и согнута. Беттина Поссельт, старший научный сотрудник отдела астрономии и астрофизики в штате Пенсильвания и ведущий автор исследования Джеминга, рассказала журналу Space по электронной почте:
«Данные Чандры позволили получить два очень разных рентгеновских изображения туманностей пульсаров ветра вокруг пульсаров Geminga и PSR B0355 + 54. Хотя Geminga имеет четкую треххвостую структуру, изображение PSR B0355 + 54 показывает один широкий хвост с несколькими подструктурами ».
По всей вероятности, хвосты Geminga и B0355 + 54 являются узкими струями, исходящими из спиновых полюсов пульсара. Эти струи лежат перпендикулярно диску в форме пончика (aka. Torus), который окружает экваториальные области пульсаров. Ноэль Клинглер, аспирант Университета Джорджа Вашингтона и автор статьи B0355 + 54, рассказал Space Magazine по электронной почте:
«Межзвездная среда (ISM) не является идеальным вакуумом, так как оба этих пульсара пропускают пространство через сотни километров в секунду, следовое количество газа в ISM оказывает давление, таким образом отталкивая / изгибая туманности пульсара ветра за пульсарами, как показано на изображениях, полученных рентгеновской обсерваторией Чандра ».
Их кажущиеся структуры, кажется, из-за их расположения относительно Земли. В случае с Джемингой вид на тор торцевой, а струи направлены в стороны. В случае B0355 + 54 тор виден лицом к лицу, а струи направлены как к Земле, так и от нее. С нашей точки зрения, эти самолеты выглядят так, как будто они находятся друг над другом, что делает его похожим на двойной хвост. Как описывает это Поссельт:
«Обе структуры можно объяснить одной и той же общей моделью туманностей пульсаров. Причины различных изображений: (а) наша перспектива просмотра, и (б) как быстро и куда движется пульсар. В общем случае наблюдаемые структуры таких ветровых туманностей пульсаров могут быть описаны экваториальным тором и полярными струями. На Торус и Джетс (например, на изогнутые струи) может влиять «встречный ветер» из межзвездной среды, в которую движется пульсар. В зависимости от угла обзора тора, струй и движения пульсара, различные изображения обнаруживаются Чандра, рентгеновская обсерватория. Геминга видна «сбоку» (или ребро по отношению к тору), причем струи грубо расположены в плоскости неба, в то время как для B0355 + 54 мы смотрим почти прямо на один из полюсов ».
Эта ориентация также может помочь объяснить, почему два пульсара излучают разные типы электромагнитного излучения. По сути, магнитные полюсы, которые близки к их спиновым полюсам, являются источником радиоизлучения пульсара. Между тем, считается, что гамма-лучи испускаются вдоль спинового экватора пульсара, где расположен тор.
«Изображения показывают, что мы видим Гемингу с края (то есть, смотря на ее экватор), потому что мы видим рентгеновские лучи от частиц, запущенных в две струи (которые изначально выровнены с радиолучами), которые направлены в небо и не на Земле », - сказал Клинглер. «Это объясняет, почему мы видим только гамма-импульсы от Геминга. Изображения также показывают, что мы смотрим на B0355 + 54 сверху вниз (т. Е. Над одним из полюсов, глядя на струи). Так как пульсар вращается, центр радиопучка проникает по всей Земле, и мы обнаруживаем импульсы; но гамма-лучи излучаются прямо с экватора пульсара, поэтому мы не видим их с B0355 ».
«Геометрические ограничения на каждый пульсар (где находятся полюса и экватор) из туманностей пульсара ветра помогают объяснить результаты, касающиеся радио и гамма-импульсов этих двух нейтронных звезд», - сказал Поссельт. «Например, Geminga выглядит радио-тихо (без сильных радиоимпульсов), потому что у нас нет прямого обзора полюсов, и считается, что импульсное радиоизлучение генерируется в области, близкой к полюсам. Но Геминга демонстрирует сильные гамма-пульсации, потому что они возникают не на полюсах, а ближе к экваториальной области ».
Эти наблюдения были частью более крупной кампании по изучению шести пульсаров, которые, как замечено, испускают гамма-лучи. Эту кампанию возглавляет Роджер Романи из Стэнфордского университета в сотрудничестве с астрономами и исследователями из GWU (Олег Каргальцев), Университета штата Пенсильвания (Джордж Павлов) и Гарвардского университета (Патрик Слейн).
Эти исследования не только проливают новый свет на свойства туманностей пульсаров, но и предоставляют данные наблюдений, помогающие астрономам создавать более совершенные теоретические модели пульсаров. Кроме того, подобные исследования, которые изучают геометрию пульсарных магнитосфер, могут позволить астрономам лучше оценить общее количество взорвавшихся звезд в нашей галактике.
Зная диапазон углов, под которыми обнаруживаются пульсары, они должны быть в состоянии лучше оценить количество, которое не видно с Земли. Еще один способ, с помощью которого астрономы работают над поиском небесных объектов, которые могут скрываться в слепых зонах человечества!
