Пульсары — это тип нейтронных звезд, которые рождаются при взрывах сверхновых, когда массивные звезды коллапсируют. Первоначально обнаруженные лучами радиоизлучения, подобными маякам, более поздние исследования показали, что энергичные пульсары также производят лучи высокоэнергетических гамма-лучей.
Интересно, что лучи редко совпадают, сказала Беттина Посселт, старший научный сотрудник по астрономии и астрофизике Пенсильванского университета. Формы наблюдаемых импульсов радио и гамма-излучения часто сильно различаются, и некоторые объекты показывают только один тип импульса или другой.
Эти различия вызвали споры о модели пульсара.«Не совсем понятно, почему существуют различия между разными пульсарами», — сказал Посселт. «Одна из основных идей здесь заключается в том, что различия в импульсах во многом связаны с геометрией — и это также зависит от того, как вращение пульсара и магнитные оси ориентированы относительно луча зрения, видите ли вы определенные пульсары или нет. такими, какими вы их видите ".По словам Посселта, изображения Чандры позволяют астрономам ближе, чем когда-либо, взглянуть на отличительную геометрию ветров заряженных частиц, излучаемых объектами в рентгеновских лучах и других длинах волн.
Пульсары ритмично вращаются, летя в космосе со скоростью, достигающей сотен километров в секунду. Туманности ветра пульсара (PWN) образуются, когда энергичные частицы, истекающие из пульсаров, выстреливают вдоль магнитных полей звезд, формируют торы — кольца в форме пончиков — вокруг экваториальной плоскости пульсара и струятся вдоль оси вращения, часто возвращаясь в длинные хвосты, так как пульсары быстро прорезают межзвездную среду.«Это один из лучших результатов нашего более обширного исследования туманностей пульсарного ветра», — сказал Роджер В. Романи, профессор физики Стэнфордского университета и главный исследователь проекта Chandra PWN. «Сделав трехмерную структуру этих ветров видимой, мы показали, как можно проследить обратную связь с плазмой, испускаемой пульсаром в центре. Фантастическая острота зрения Чандры в рентгеновских лучах была важна для этого исследования, поэтому мы рады, что она было возможно получить глубокие снимки, которые сделали эти слабые структуры видимыми ».
Вокруг пульсара Геминги виден впечатляющий PWN. По словам Посселта, у Геминги — одного из ближайших пульсаров, удаленного от Земли всего на 800 световых лет — три необычных хвоста. Потоки частиц, извергающиеся из предполагаемых полюсов Геминги — или боковых хвостов — простираются более чем на пол светового года, что более чем в 1000 раз превышает расстояние между Солнцем и Плутоном. Другой более короткий хвост также исходит от пульсара.
Астрономы сказали, что совершенно другая картина PWN видна на рентгеновском изображении другого пульсара, названного B0355 + 54, который находится примерно в 3300 световых годах от Земли. Хвост этого пульсара имеет излучательную шапку, за которой следует узкий двойной хвост, который простирается почти на пять световых лет от звезды.В то время как Геминга показывает импульсы в спектре гамма-лучей, но при этом не шумит в радиодиапазоне, B0355 + 54 является одним из самых ярких радиопульсаров, но не показывает гамма-лучи.
«Кажется, что хвосты говорят нам, почему это так», — сказал Посселт, добавив, что ориентация оси вращения и магнитной оси пульсаров влияет на то, какие излучения наблюдаются на Земле.Согласно Посселту, у Геминги могут быть магнитные полюса, расположенные довольно близко к верху и низу объекта, и почти выровненные полюса вращения, как и у Земли. Один из магнитных полюсов B0355 + 54 может быть обращен прямо к Земле. По ее словам, поскольку радиоизлучение происходит рядом с местом расположения магнитных полюсов, радиоволны могут указывать вдоль направления струй.
С другой стороны, гамма-излучение производится на больших высотах в большей области, что позволяет соответствующим импульсам охватить большие области неба.«Что касается Геминги, мы наблюдаем яркие импульсы гамма-излучения и край туманности пульсарного ветра, но радиопучки рядом с джетами направлены в стороны и остаются невидимыми», — сказал Посселт.
Сильно изогнутые боковые хвосты дают астрономам ключи к разгадке геометрии пульсара, которую можно сравнить либо с инверсионными следами струи, летящими в космос, либо с носовой ударной волной, похожей на ударную волну, создаваемую пулей, летящей в воздух.Олег Каргальцев, доцент физики Университета Джорджа Вашингтона, который работал над исследованием B0355 + 54, сказал, что ориентация B0355 + 54 также играет роль в том, как астрономы видят пульсар.
Исследование доступно онлайн в архиве arXiv.«Для B0355 + 54 струя направлена ??почти на нас, поэтому мы обнаруживаем яркие радиоимпульсы, в то время как большая часть гамма-излучения направлена ??в плоскости неба и не попадает в Землю», — сказал Каргальцев. «Это означает, что направление оси вращения пульсара близко к направлению нашей прямой видимости и что пульсар движется почти перпендикулярно своей оси вращения».
Ноэль Клинглер, научный сотрудник по физике Университета Джорджа Вашингтона и ведущий автор статьи B0355 + 54, добавил, что углы между тремя векторами — осью вращения, прямой видимостью и скоростью — различны для разных пульсаров, что влияет на внешний вид их туманностей.«В частности, может быть сложно обнаружить PWN от пульсара, движущегося близко к линии прямой видимости и имеющего небольшой угол между осью вращения и нашей линией видимости», — сказал Клинглер.В интерпретации данных рентгеновских лучей Геминги от головной ударной волны два длинных хвоста Геминги и их необычный спектр могут указывать на то, что частицы ускоряются почти до скорости света посредством процесса, называемого ускорением Ферми.
Ускорение Ферми происходит на пересечении пульсарного ветра и межзвездного вещества, по словам исследователей, которые сообщают о своих выводах о Геминге в текущем выпуске Astrophysical Journal.Хотя остаются разные интерпретации геометрии Геминги, Посселт сказал, что изображения пульсара, сделанные Чандрой, помогают астрофизикам использовать пульсары в качестве лабораторий физики элементарных частиц. Изучение объектов дает астрофизикам возможность исследовать физику элементарных частиц в условиях, которые невозможно воспроизвести в ускорителе элементарных частиц на Земле.
«В обоих сценариях Геминга предоставляет новые захватывающие ограничения на физику ускорения в туманностях пульсарного ветра и их взаимодействие с окружающей межзвездной материей», — сказала она.