Una rappresentazione artistica di come potrebbero apparire da vicino le tre code insolite della pulsar Geminga. L'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA sta dando agli astronomi una visione migliore delle pulsar e delle loro nebulose vento pulsar associate, consentendo nuovi vincoli sulla geometria delle pulsar e sul motivo per cui hanno l'aspetto che hanno dalla Terra. Attestazione:Nahks Tr'Ehnl
Come fari cosmici che spazzano l'universo con esplosioni di energia, Le pulsar hanno affascinato e sconcertato gli astronomi da quando sono state scoperte per la prima volta 50 anni fa. In due studi, team internazionali di astronomi suggeriscono che le recenti immagini dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA di due pulsar - Geminga e B0355 + 54 - possono aiutare a far luce sulle caratteristiche distintive di emissione delle pulsar, così come la loro geometria spesso sconcertante.
Le pulsar sono un tipo di stelle di neutroni che nascono nelle esplosioni di supernova quando le stelle massicce collassano. Scoperto inizialmente da fasci di emissione radio simili a fari, ricerche più recenti hanno scoperto che le pulsar energetiche producono anche fasci di raggi gamma ad alta energia.
interessante, le travi raramente combaciano, disse Bettina Posselt, ricercatore senior in astronomia e astrofisica, Penn State. Le forme degli impulsi radio e di raggi gamma osservati sono spesso molto diverse e alcuni oggetti mostrano solo un tipo di impulso o l'altro. Queste differenze hanno generato un dibattito sul modello pulsar.
"Non è del tutto chiaro perché ci siano variazioni tra le diverse pulsar, " ha detto Posselt. "Una delle idee principali qui è che le differenze di impulso hanno molto a che fare con la geometria e dipende anche da come la rotazione della pulsar e gli assi magnetici sono orientati rispetto alla linea di vista se si vedono o meno determinate pulsar , così come come li vedi."
Le immagini di Chandra stanno dando agli astronomi uno sguardo più da vicino che mai alla geometria distintiva dei venti di particelle cariche che si irradiano nei raggi X e in altre lunghezze d'onda dagli oggetti, secondo Posselt. Le pulsar ruotano ritmicamente mentre sfrecciano nello spazio a velocità che raggiungono le centinaia di chilometri al secondo. Le nebulose del vento pulsar (PWN) sono prodotte quando le particelle energetiche che fluiscono dalle pulsar sparano lungo i campi magnetici delle stelle, formare tori—anelli a forma di ciambella—attorno al piano equatoriale della pulsar, e getto lungo l'asse di rotazione, spesso tornando indietro in lunghe code mentre le pulsar tagliano rapidamente il mezzo interstellare.
"Questo è uno dei risultati più belli del nostro studio più ampio sulle nebulose del vento pulsar, " ha detto Roger W. Romani, professore di fisica alla Stanford University e ricercatore principale del progetto Chandra PWN. "Rendendo visibile la struttura tridimensionale di questi venti, abbiamo mostrato come si possa risalire al plasma iniettato dalla pulsar al centro. La fantastica acutezza dei raggi X di Chandra è stata essenziale per questo studio, quindi siamo felici che sia stato possibile ottenere le esposizioni profonde che hanno reso visibili queste deboli strutture".
Uno spettacolare PWN è visibile intorno alla pulsar Geminga. Geminga, una delle pulsar più vicine a soli 800 anni luce dalla Terra, ha tre code insolite, disse Posselt. I flussi di particelle che fuoriescono dai presunti poli di Geminga - o code laterali - si estendono per più di mezzo anno luce, più lungo di 1, 000 volte la distanza tra il Sole e Plutone. Un'altra coda più corta emana anche dalla pulsar.
Gli astronomi hanno detto che un'immagine PWN molto diversa si vede nell'immagine a raggi X di un'altra pulsar chiamata B0355+54, che è circa 3, 300 anni luce di distanza dalla Terra. La coda di questa pulsar ha un cappuccio di emissione, seguita da una stretta doppia coda che si estende per quasi cinque anni luce di distanza dalla stella.
Mentre Geminga mostra impulsi nello spettro dei raggi gamma, ma è radio tranquilla, B0355+54 è una delle pulsar radio più luminose, ma non mostra i raggi gamma.
"Le code sembrano dirci perché è così, " disse Posselt, aggiungendo che l'asse di rotazione delle pulsar e l'orientamento dell'asse magnetico influenzano le emissioni che si vedono sulla Terra.
Secondo Posselt, Geminga può avere poli magnetici abbastanza vicini alla parte superiore e inferiore dell'oggetto, e poli di spin quasi allineati, molto simile alla Terra. Uno dei poli magnetici di B0355+54 potrebbe essere rivolto direttamente alla Terra. Poiché l'emissione radio avviene vicino al sito dei poli magnetici, le onde radio possono puntare lungo la direzione dei getti, lei disse. Emissione di raggi gamma, d'altra parte, è prodotto ad altitudini più elevate in una regione più ampia, consentendo ai rispettivi impulsi di spazzare aree più ampie del cielo.
"Per Geminga, osserviamo gli impulsi luminosi dei raggi gamma e il bordo del toro della nebulosa del vento della pulsar, ma i raggi radio vicino ai getti puntano ai lati e rimangono invisibili, " disse Possel.
Le code laterali fortemente piegate offrono agli astronomi indizi sulla geometria della pulsar, che potrebbe essere paragonato a scie di jet che si librano nello spazio, o ad un colpo d'arco simile all'onda d'urto creata da un proiettile quando viene sparato in aria.
Oleg Kargaltsev, professore assistente di fisica, George Washington University, che ha lavorato allo studio su B0355+54, ha detto che l'orientamento di B0355+54 gioca un ruolo nel modo in cui gli astronomi vedono la pulsar, anche. Lo studio è disponibile online su arXiv.
"Per B0355+54, un getto punta vicino a noi così rileviamo gli impulsi radio luminosi mentre la maggior parte dell'emissione di raggi gamma è diretta nel piano del cielo e manca la Terra, " ha detto Kargaltsev. "Ciò implica che la direzione dell'asse di rotazione della pulsar è vicina alla direzione della nostra linea di vista e che la pulsar si sta muovendo quasi perpendicolarmente al suo asse di rotazione".
Noel Klingler, un assistente di ricerca laureato in fisica, George Washington University, e autore principale del documento B0355+54, aggiunto che gli angoli tra i tre vettori, l'asse di rotazione, la linea di vista, e la velocità, sono diverse per le diverse pulsar, influenzando così l'aspetto delle loro nebulose.
"In particolare, potrebbe essere difficile rilevare un PWN da una pulsar che si muove vicino alla linea di vista e ha un piccolo angolo tra l'asse di rotazione e la nostra linea di vista, " disse Klingler.
Nell'interpretazione del bow-shock dei dati a raggi X di Geminga, Le due lunghe code di Geminga e il loro spettro insolito possono suggerire che le particelle siano accelerate quasi alla velocità della luce attraverso un processo chiamato accelerazione di Fermi. L'accelerazione di Fermi avviene all'intersezione di un vento pulsar e del materiale interstellare, secondo i ricercatori, che riportano le loro scoperte su Geminga nell'attuale numero di Giornale Astrofisico .
Sebbene rimangano diverse interpretazioni sul tavolo per la geometria di Geminga, Posselt ha affermato che le immagini della pulsar di Chandra stanno aiutando gli astrofisici a utilizzare le pulsar come laboratori di fisica delle particelle. Lo studio degli oggetti offre agli astrofisici la possibilità di studiare la fisica delle particelle in condizioni che sarebbero impossibili da replicare in un acceleratore di particelle sulla terra.
"In entrambi gli scenari, Geminga fornisce nuovi entusiasmanti vincoli sulla fisica dell'accelerazione nelle nebulose del vento pulsar e sulla loro interazione con la materia interstellare circostante, " lei disse.
