Como faros cósmicos que barren el universo con ráfagas de energía, Los púlsares han fascinado y desconcertado a los astrónomos desde que fueron descubiertos hace 50 años. En dos estudios, Equipos internacionales de astrónomos sugieren que las imágenes recientes del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA de dos púlsares, Geminga y B0355 + 54, pueden ayudar a arrojar luz sobre las firmas de emisión distintivas de los púlsares. así como su geometría a menudo desconcertante.

Los púlsares son un tipo de estrella de neutrones que nacen en explosiones de supernovas cuando las estrellas masivas colapsan. Descubierto inicialmente por rayos de emisión de radio parecidos a un faro, Investigaciones más recientes han descubierto que los púlsares energéticos también producen haces de rayos gamma de alta energía.

Curiosamente, las vigas rara vez coinciden, dijo Bettina Posselt, investigador asociado senior en astronomía y astrofísica, Penn State. Las formas de los pulsos de rayos gamma y de radio observados son a menudo bastante diferentes y algunos de los objetos muestran solo un tipo de pulso u otro. Estas diferencias han generado un debate sobre el modelo púlsar.

"No se comprende completamente por qué hay variaciones entre diferentes púlsares, "dijo Posselt." Una de las ideas principales aquí es que las diferencias de pulso tienen mucho que ver con la geometría, y también depende de cómo el giro del púlsar y los ejes magnéticos están orientados con respecto a la línea de visión, ya sea que veas ciertos púlsares o no. , así como cómo los ve ".

Las imágenes de Chandra están dando a los astrónomos una mirada más cercana que nunca a la geometría distintiva de los vientos de partículas cargadas que irradian en rayos X y otras longitudes de onda de los objetos. según Posselt. Los púlsares giran rítmicamente mientras viajan por el espacio a velocidades que alcanzan cientos de kilómetros por segundo. Las nebulosas de viento de pulsar (PWN) se producen cuando las partículas energéticas que fluyen de los púlsares se disparan a lo largo de los campos magnéticos de las estrellas. formar tori (anillos en forma de rosquilla) alrededor del plano ecuatorial del púlsar, y chorro a lo largo del eje de giro, a menudo retrocediendo en largas colas cuando los púlsares cortan rápidamente el medio interestelar.

"Este es uno de los mejores resultados de nuestro estudio más amplio de las nebulosas de viento de púlsares, "dijo Roger W. Romani, profesor de física en la Universidad de Stanford e investigador principal del proyecto Chandra PWN. "Al hacer visible la estructura tridimensional de estos vientos, hemos mostrado cómo se puede rastrear hasta el plasma inyectado por el púlsar en el centro. La fantástica agudeza de rayos X de Chandra fue esencial para este estudio, así que estamos felices de que haya sido posible obtener las exposiciones profundas que hicieron visibles estas estructuras débiles ".

Se ve un PWN espectacular alrededor del púlsar de Geminga. Geminga, uno de los púlsares más cercanos a solo 800 años luz de distancia de la Tierra, tiene tres colas inusuales, —dijo Posselt. Las corrientes de partículas que salen de los supuestos polos de Geminga, o colas laterales, se extienden durante más de medio año luz, más de 1, 000 veces la distancia entre el Sol y Plutón. Otra cola más corta también emana del púlsar.

Los astrónomos dijeron que se ve una imagen PWN muy diferente en la imagen de rayos X de otro púlsar llamado B0355 + 54, que es aproximadamente 3, A 300 años luz de la Tierra. La cola de este púlsar tiene un casquete de emisión, seguida de una estrecha cola doble que se extiende a casi cinco años luz de la estrella.

Mientras que Geminga muestra pulsos en el espectro de rayos gamma, pero la radio es silenciosa, B0355 + 54 es uno de los púlsares de radio más brillantes, pero no muestra rayos gamma.

"Las colas parecen decirnos por qué es así, "dijo Posselt, agregando que el eje de rotación de los púlsares y las orientaciones del eje magnético influyen en las emisiones que se ven en la Tierra.

Según Posselt, Geminga puede tener polos magnéticos bastante cerca de la parte superior e inferior del objeto, y polos de giro casi alineados, muy parecido a la Tierra. Uno de los polos magnéticos de B0355 + 54 podría mirar directamente a la Tierra. Debido a que la emisión de radio ocurre cerca del sitio de los polos magnéticos, las ondas de radio pueden apuntar a lo largo de la dirección de los chorros, ella dijo. Emisión de rayos gamma, por otra parte, se produce a mayores altitudes en una región más grande, permitiendo que los pulsos respectivos barran áreas más grandes del cielo.

"Para Geminga, vemos los pulsos de rayos gamma brillantes y el borde del toro de la nebulosa del viento púlsar, pero los rayos de radio cerca de los chorros apuntan hacia los lados y permanecen invisibles, "Dijo Posselt.

Las colas laterales fuertemente dobladas ofrecen a los astrónomos pistas sobre la geometría del púlsar, que podría compararse con las estelas de vapor que se elevan hacia el espacio, oa un arco de choque similar a la onda de choque creada por una bala cuando se dispara por el aire.

Oleg Kargaltsev, profesor asistente de física, Universidad George Washington, que trabajó en el estudio sobre B0355 + 54, dijo que la orientación de B0355 + 54 juega un papel en cómo los astrónomos ven el púlsar, así como. El estudio está disponible en línea en arXiv.

"Para B0355 + 54, un chorro apunta cerca de nosotros, por lo que detectamos los pulsos de radio brillantes, mientras que la mayor parte de la emisión de rayos gamma se dirige en el plano del cielo y no llega a la Tierra. ", dijo Kargaltsev." Esto implica que la dirección del eje de giro del púlsar está cerca de la dirección de nuestra línea de visión y que el púlsar se mueve casi perpendicularmente a su eje de giro ".

Noel Klingler, un asistente de investigación graduado en física, Universidad George Washington, y autor principal del artículo B0355 + 54, agregó que los ángulos entre los tres vectores, el eje de giro, la línea de visión, y la velocidad:son diferentes para diferentes púlsares, afectando así las apariencias de sus nebulosas.

"En particular, puede ser complicado detectar un PWN de un púlsar que se mueve cerca de la línea de visión y tiene un pequeño ángulo entre el eje de rotación y nuestra línea de visión, "dijo Klingler.

En la interpretación de arco de choque de los datos de rayos X de Geminga, Las dos largas colas de Geminga y su espectro inusual pueden sugerir que las partículas se aceleran a casi la velocidad de la luz a través de un proceso llamado aceleración de Fermi. La aceleración de Fermi tiene lugar en la intersección de un viento púlsar y el material interestelar, según los investigadores, que informan de sus hallazgos sobre Geminga en el número actual de Diario astrofísico .

Aunque quedan diferentes interpretaciones sobre la mesa de la geometría de Geminga, Posselt dijo que las imágenes de Chandra del púlsar están ayudando a los astrofísicos a utilizar los púlsares como laboratorios de física de partículas. El estudio de los objetos brinda a los astrofísicos la oportunidad de investigar la física de partículas en condiciones que serían imposibles de replicar en un acelerador de partículas en la Tierra.

"En ambos escenarios, Geminga proporciona nuevas y emocionantes restricciones sobre la física de la aceleración en las nebulosas de viento de púlsar y su interacción con la materia interestelar circundante. " ella dijo.