Sinds ze voor het eerst eind jaren zestig werden ontdekt, blijven pulsars astronomen fascineren. Hoewel duizenden van deze pulserende, draaiende sterren de afgelopen vijf decennia zijn waargenomen, is er nog veel dat ons blijft ontgaan. Terwijl sommige bijvoorbeeld zowel radio- als gammastraalpulsen uitzenden, zijn andere beperkt tot radio- of gammastraling.
Dankzij een paar onderzoeken van twee internationale teams van astronomen kunnen we echter beter begrijpen waarom dit zo is. Door te vertrouwen op gegevens verzameld door de Chandra X-ray Observatory van twee pulsars (Geminga en B0355 + 54), konden de teams laten zien hoe hun emissies en de onderliggende structuur van hun nevels (die op kwallen lijken) met elkaar in verband konden worden gebracht.
Deze studies, "Diepe Chandra-observaties van de pulswindennevel, gecreëerd door PSR B0355 + 54" en "Geminga's Puzzling Pulsar-windnevel", werden gepubliceerd in De astrofysische Journal. Voor beide vertrouwden de teams op röntgengegevens van het Chandra Observatorium om de Geminga en B0355 + 54 pulsars en hun bijbehorende pulsarwindnevels (PWN) te onderzoeken.
De Geminga en B0355 + 54 pulsars bevinden zich op respectievelijk 800 en 3400 lichtjaar van de aarde (respectievelijk) en lijken veel op elkaar. Naast vergelijkbare rotatieperioden (5 keer per seconde), zijn ze ook ongeveer even oud (~ 500 miljoen jaar). Geminga zendt echter alleen gammastraalpulsen uit, terwijl B0355 + 54 een van de helderste bekende radiopulsars is, maar geen waarneembare gammastralen uitzendt.
Bovendien zijn hun PWN's heel anders gestructureerd. Op basis van samengestelde afbeeldingen die zijn gemaakt met Chandra-röntgengegevens en Spitzer-infraroodgegevens, lijkt de ene op een kwal waarvan de ranken ontspannen zijn, terwijl de andere lijkt op een kwal die is gesloten en gebogen. Zoals Bettina Posselt - een senior onderzoeksmedewerker bij de afdeling Astronomy and Astrophysics in Penn State, en de hoofdauteur van de Geminga-studie - vertelde Space Magazine via e-mail:
“De Chandra-gegevens resulteerden in twee zeer verschillende röntgenfoto's van de pulsarwindnevels rond de pulsars Geminga en PSR B0355 + 54. Terwijl Geminga een duidelijke drie-staart-structuur heeft, toont het beeld van PSR B0355 + 54 één brede staart met verschillende substructuren. ”
Geminga's en B0355 + 54-staarten zijn naar alle waarschijnlijkheid smalle stralen die uit de spinar-polen van de pulsar komen. Deze stralen staan loodrecht op de donutvormige schijf (ook bekend als een torus) die de equatoriale gebieden van de pulsars omringt. Zoals Noel Klingler, een afgestudeerde student aan de George Washington University en de auteur van de B0355 + 54 paper, via e-mail aan Space Magazine vertelde:
“Het interstellaire medium (ISM) is geen perfect vacuüm, dus aangezien beide pulsars met honderden kilometers per seconde door de ruimte ploegen, oefent de sporenhoeveelheid gas in de ISM druk uit, waardoor de pulsarwindnevels worden teruggeduwd / gebogen. achter de pulsars, zoals blijkt uit de beelden die zijn verkregen door de Chandra X-ray Observatory. ”
Hun schijnbare structuren lijken te wijten te zijn aan hun opstelling ten opzichte van de aarde. In het geval van Geminga is het zicht op de torus op de rand terwijl de stralen naar de zijkanten wijzen. In het geval van B0355 + 54 wordt de torus face-on gezien terwijl de jets zowel naar als weg van de aarde wijzen. Vanuit ons oogpunt zien deze jets eruit alsof ze op elkaar liggen, waardoor het lijkt alsof het een dubbele staart heeft. Zoals Posselt het beschrijft:
“Beide structuren kunnen verklaard worden met hetzelfde algemene model van pulsarwindnevels. De redenen voor de verschillende afbeeldingen zijn (a) ons kijkperspectief en (b) hoe snel en waar de pulsar naartoe beweegt. Over het algemeen kunnen de waarneembare structuren van dergelijke pulsaire windnevels worden beschreven met een equatoriale torus en polaire stralen. Torus en jets kunnen worden beïnvloed (bv. Gebogen jets) door de "tegenwind" van het interstellaire medium waar de pulsar in beweegt. Afhankelijk van onze kijkhoek van de torus, jets en de beweging van de pulsar, worden verschillende afbeeldingen gedetecteerd door het Chandra X-ray observatorium. Geminga wordt "vanaf de zijkant" (of vanaf de rand ten opzichte van de torus) gezien met de stralen ruwweg in het luchtvlak terwijl we voor B0355 + 54 bijna direct naar een van de palen kijken. "
Deze oriëntatie kan ook helpen verklaren waarom de twee pulsars verschillende soorten elektromagnetische straling lijken uit te zenden. In feite zijn de magnetische polen - die dicht bij hun spinpolen liggen - waar de radio-emissies van een pulsar vandaan zouden komen. Ondertussen wordt aangenomen dat gammastraling wordt uitgezonden langs de spin-evenaar van een pulsar, waar de torus zich bevindt.
“De beelden laten zien dat we Geminga van de rand bekijken (dwz naar de evenaar kijken) omdat we röntgenstralen zien van deeltjes die in de twee stralen worden gelanceerd (die aanvankelijk zijn uitgelijnd met de radiostralen), die in de lucht zijn gericht en niet op aarde ', zei Klingler. “Dit verklaart waarom we alleen gammastraalpulsen van Geminga zien. De afbeeldingen geven ook aan dat we naar B0355 + 54 kijken vanuit een top-down perspectief (dat wil zeggen, boven een van de palen, kijkend in de stralen). Dus terwijl de pulsar draait, zwaait het midden van de radiobundel over de aarde en detecteren we de pulsen; maar de gammastralen worden rechtstreeks vanaf de evenaar van de pulsar gelanceerd, dus we zien ze niet vanaf B0355. "
"De geometrische beperkingen op elke pulsar (waar zijn de polen en de evenaar) van de pulsarwindnevels helpen de bevindingen over de radio- en gammastraalpulsen van deze twee neutronensterren te verklaren," zei Posselt. "Geminga lijkt bijvoorbeeld radiostil (geen sterke radiopulsen) omdat we geen direct zicht hebben op de polen en er wordt aangenomen dat gepulseerde radio-emissie wordt gegenereerd in een gebied dicht bij de polen. Maar Geminga vertoont sterke gammastralingpulsaties, omdat deze niet aan de polen worden geproduceerd, maar dichter bij het equatoriale gebied. ”
Deze waarnemingen maakten deel uit van een grotere campagne om zes pulsars te bestuderen waarvan is waargenomen dat ze gammastralen uitzenden. Deze campagne wordt geleid door Roger Romani van Stanford University, met medewerking van astronomen en onderzoekers van GWU (Oleg Kargaltsev), Penn State University (George Pavlov) en Harvard University (Patrick Slane).
Deze studies werpen niet alleen nieuw licht op de eigenschappen van pulsarwindnevels, maar leveren ook observationeel bewijs om astronomen te helpen betere theoretische modellen van pulsars te maken. Bovendien zouden studies zoals deze - die de geometrie van pulsaire magnetosferen onderzoeken - astronomen in staat kunnen stellen het totale aantal geëxplodeerde sterren in ons sterrenstelsel beter in te schatten.
Door te weten onder welke hoeken pulsars detecteerbaar zijn, zouden ze beter in staat moeten zijn de hoeveelheid te schatten die niet zichtbaar is vanaf de aarde. Nog een andere manier waarop astronomen aan het werk zijn om de hemellichamen te vinden die op de loer kunnen liggen in de blinde hoeken van de mensheid!
