Два пулсара, духащи на вятъра

Новите изображения на два пулсара показват красиви, сложни облаци от заредени частици, които илюстрират динамиката на мощността в и около тези въртящи се неутронни звезди.

Чандра рентгенови наблюдения на пулсарите B0355 + 54 и Geminga (отгоре) и илюстрации на възможните ориентации на въртене и магнитно поле (отдолу).
Рентгенова снимка на Geminga: NASA / CXC / PSU / B.Posselt et al .; B0355 + 54 рентгеново изображение: NASA / CXC / GWU / N.Klinger et al; Инфрачервени изображения на фона: НАСА / JPL-Caltech; Илюстрации (отдолу): Nahks Tr'Ehnl

Когато една звезда отива свръхнова, тя оставя след себе си смачкан звезден остатък, който трае дълго, след като разширяващите се слоеве газ от звездите външните слоеве се разпръснат. Но далеч от това, че все още се намират в покой, тези останки, често пулсари, бръмчат в космоса, изхвърлени при експлозията на свръхнова. Сложните и красиви облаци от частици, които генерират, докато пътуват, помагат на астрономите да научат за физиката, която ги захранва.

Две независими групи астрономи проучиха два много различни пулсара, Geminga и B0355 + 54, и двата от които са заобиколени от облаци от рентгенови излъчващи частици (наречени пулсарни вятърни мъглявини ). Екипите наблюдават тези произведени от пулсар облаци, използвайки дълги експозиции с космическата рентгенова обсерватория Чандра. Наблюденията са дали възможност на отборите да нарисува картина на конфигурациите пулсарите и физиката.

Какво е Пулсар и какво е Пулсарска мъглявина на вятъра?

Впечатление на художника за пулсар. Докато пулсарът се върти (оста на въртене е вертикална на това изображение), той размахва лъча си от радиоизлъчвани заредени частици наоколо, така че лъчът да минава навътре и извън полезрението, като звезден фар.
ESA / ATG медийна лаборатория

Джоселин Бел откри първия пулсар в края на 60-те години чрез своите пулсиращи радиовълни. Тези кратки, ярки удари идваха от въртяща се неутронна звезда, известна още като пулсар. Ако пулсарният лъч пресече линията ни на зрение, ние виждаме неговия сигнал, като строб от фар. Наблюдавайки тези импулси във времето, астрономите могат да определят скоростта на въртене на pulsar s, силата на магнитното му поле и възрастта му.

Макар че пулсарният удар е най-определящата му характеристика, това не е всичко, което виждаме. Огромни електрически сили, генерирани от въртящото се магнитно поле, разкъсват заредените частици от повърхността на пулсара. Някои от тези частици избягат като струи от полюсите. Други образуват облак във формата на поничка около пулсара, който се помества, докато пулсарът се върти.

И в двата случая тези частици са достатъчно енергийни, за да произвеждат емисии в електромагнитния спектър. И докато пулсарите пътуват през праха и газа между звездите, силите на заредени частици взаимодействат с междузвездната среда, която помете облаците в най-различни драматични форми.

Астрономите често подреждат емисиите на пулсари за всеки отделен случай, но по този начин те откриват, че дори пулсарите, които изглеждат като противоположности, може да са по-сходни, отколкото се появяват първо: разликите могат да възникнат в зависимост от линията поглед в техните сложни геометрии. Специфичният ъгъл на видимост дава отчетлив поглед върху скоростта на пулсара през пространството, неговата ос на въртене и оста на магнитното поле (двете оси обикновено не са подравнени). Например в много пулсарни модели магнитните полюси излъчват радиовълни, докато гама лъчите обикновено идват от по-широк регион, който е по-близо до екватора, така че това, което виждате, зависи от ъгъла, който гледате.

Това води обратно към Geminga и B0355 + 54, двойка противоположни пулсари: Geminga импулсира в гама-лъчи, но е тихо в радиото, докато B0355 + 54 импулсира в радиовълни, но не и в гама-лъчи. И двата пулсара обаче произвеждат рентгенови лъчи от частици, чиито характеристики проливат светлина върху различната геометрия на обектите.

Geminga

Чандра наблюдения за пулсар Geminga ( отгоре ) и илюстрация на художника за конфигурацията на пулсар ( отдолу ).
Рентгенова снимка: NASA / CXC / PSU / B.Posselt et al .; Илюстрация: Nahks TrEhnl

Bettina Posselt (Penn State University) и колегите му наблюдават Geminga в продължение на 6, 7 дни за период от 8 месеца, излагайки мъглявината на пулсарния вятър около един от най-близките гама-пулсари. Отличава се с ясно изразена челна форма отпред, оформена като пулсар плуга през междузвездната среда, както и пръстен около пулсара и три опашки.

Докато пулсарът се ускорява в пространството, междузвездната среда отмества двете по-дълги опашки, които обграждат пулсара. Тези опашки могат да се образуват като струи от частици да се изстрелват по протежение на полюсите на пулсара, който виждаме да се върти на ръба към нашата зрителна линия. Тази конфигурация обаче предполага, че оста на въртене е почти перпендикулярна на скоростта на пулсара. Такова подравняване би било необичайно, освен ако може би Джеминга имаше другарска звезда, преди да премине в свръхнова.

Докато предишните наблюдения не успяха да определят геометрията на пулсара, по-резките изображения на Чандра също позволяват на астрономите да избират по-фините детайли. Изображенията показват отчетливи, трептящи петна в по-късата опашка, която проследява пулсара. Плътността подсказва, че частиците не се изстрелват в струя - ако бяха, опашката би показала по-постоянен поток. Поселт и колегите му предполагат, че петна може вместо това да произхождат от тора около пулсара. Или, предлагат те, петна могат да се образуват по време на магнитно повторно свързване, когато линиите на магнитното поле се пресичат и пренареждат, изстрелвайки газ, задържан по протежение на полевите линии .

B0355 + 54

Пулсарът B0355 + 54, гледан от рентгеновата обсерватория Чандра ( отгоре ) и илюстрацията на художник, която показва как всъщност може да изглежда пулсар ( отдолу ).
Рентгенова снимка: NASA / CXC / GWU / N.Klinger et al .; Илюстрация: Nahks Tr'Ehnl

Ноел Клинглер (Университета Джордж Вашингтон) и колегите му наблюдават B0355 + 54 за общо 4, 6 дни. Този пулсар показва ярък облак от частици, заобикалящи пулсара. Мъжка опашка и все още по-тънки „мустаци“ се простират от двете страни. Тази форма предполага, че гледаме полюса на въртящия се пулсар - ориентация, която обяснява защо не виждаме гама-импулси, които трябва да идват от по-близо до екватора на пулсара.

Мрачната опашка обхваща повече от 6 светлинни години, по-голямо разстояние от Слънцето до най-близката ни звездна съседка, Проксима Кентавър. „Мустаците“ са приблизително перпендикулярни на посоката на движение на пулсар. Екипът на Клингер предполага, че високоенергийните частици могат да изтекат от магнитното поле на мъглявината на пулсарния вятър, за да създадат тези мустаци.

Тези изследвания на мъглявините на пулсарния вятър около Geminga и B0355 + 54 разкриват разлики в подравняването, които влияят на това, което виждаме, включително наличието (или отсъствието) на гама-лъчи и радиоимпулси. Разширените наблюдения на рентгеновата емисия на пулсарите помагат на астрономите да изготвят подробни сценарии, описващи сложната геометрия и физика на пулсарите.

Референции :

Klingler et al. „Наблюдения на дълбоките чандри на пулсарската мъглявина на вятъра, създадена от PSR B0355 + 54.“ Астрофизически вестник, 2016 г. 20 декември.

Posselt et al. „Озадачаващата пулсарна вятърна мъглявина на Geminga.“ Astrophysical Journal, 2017, 20 януари.