Seit ihrer Entdeckung in den späten 1960er Jahren faszinieren Pulsare die Astronomen weiterhin. Obwohl in den letzten fünf Jahrzehnten Tausende dieser pulsierenden, sich drehenden Sterne beobachtet wurden, entziehen sich uns noch viele Dinge. Während zum Beispiel einige sowohl Funk- als auch Gammastrahlenimpulse aussenden, sind andere entweder auf Funk- oder Gammastrahlenstrahlung beschränkt.
Dank zweier Studien von zwei internationalen Astronomenteams können wir uns jedoch dem Verständnis nähern, warum dies so ist. Anhand von Daten, die vom Chandra-Röntgenobservatorium für zwei Pulsare (Geminga und B0355 + 54) gesammelt wurden, konnten die Teams zeigen, wie ihre Emissionen und die zugrunde liegende Struktur ihrer Nebel (die Quallen ähneln) zusammenhängen könnten.
Diese Studien, "Deep Chandra Observations of the Pulsar Wind Nebula, erstellt von PSR B0355 + 54" und "Gemingas Puzzling Pulsar Wind Nebula", wurden in veröffentlicht Die astrophysikalische Zeitschriftl. Für beide stützten sich die Teams auf Röntgendaten des Chandra-Observatoriums, um die Pulsare Geminga und B0355 + 54 und die dazugehörigen Pulsarwindnebel (PWN) zu untersuchen.
Die Pulsare Geminga und B0355 + 54 befinden sich 800 bzw. 3400 Lichtjahre von der Erde entfernt und sind ziemlich ähnlich. Sie haben nicht nur ähnliche Rotationsperioden (5 Mal pro Sekunde), sondern sind auch ungefähr gleich alt (~ 500 Millionen Jahre). Geminga sendet jedoch nur Gammastrahlenimpulse aus, während B0355 + 54 einer der hellsten bekannten Funkpulsare ist, jedoch keine beobachtbaren Gammastrahlen.
Darüber hinaus sind ihre PWNs ganz anders strukturiert. Basierend auf zusammengesetzten Bildern, die mit Chandra-Röntgendaten und Spitzer-Infrarotdaten erstellt wurden, ähnelt eines einer Qualle, deren Ranken entspannt sind, während das andere wie eine Qualle aussieht, die geschlossen und gebogen ist. Wie Bettina Posselt - eine leitende wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung für Astronomie und Astrophysik am Penn State und Hauptautorin der Geminga-Studie - dem Space Magazine per E-Mail mitteilte:
„Die Chandra-Daten führten zu zwei sehr unterschiedlichen Röntgenbildern der Pulsarwindnebel um die Pulsare Geminga und PSR B0355 + 54. Während Geminga eine ausgeprägte Drei-Schwanz-Struktur aufweist, zeigt das Bild von PSR B0355 + 54 einen breiten Schwanz mit mehreren Unterstrukturen. “
Höchstwahrscheinlich sind Gemingas und B0355 + 54 Schwänze schmale Strahlen, die von den Spinpolen des Pulsars ausgehen. Diese Strahlen liegen senkrecht zu der Donut-förmigen Scheibe (auch bekannt als Torus), die die Äquatorregionen der Pulsare umgibt. Noel Klingler, Doktorand an der George Washington University und Autor des Papiers B0355 + 54, sagte gegenüber dem Space Magazine per E-Mail:
„Das interstellare Medium (ISM) ist kein perfektes Vakuum. Da diese beiden Pulsare mit Hunderten von Kilometern pro Sekunde durch den Weltraum pflügen, übt die Spurenmenge des Gases im ISM Druck aus und drückt so die Pulsarwindnebel zurück / biegt sie hinter den Pulsaren, wie die Bilder des Chandra-Röntgenobservatoriums zeigen. “
Ihre scheinbaren Strukturen scheinen auf ihre Disposition relativ zur Erde zurückzuführen zu sein. In Gemingas Fall ist die Sicht auf den Torus scharf, während die Düsen nach den Seiten zeigen. Im Fall von B0355 + 54 ist der Torus von vorne zu sehen, während die Jets sowohl auf die Erde als auch von dieser weg zeigen. Aus unserer Sicht sehen diese Jets so aus, als ob sie übereinander liegen, weshalb es so aussieht, als hätte es einen doppelten Schwanz. Wie Posselt es beschreibt:
„Beide Strukturen können mit demselben allgemeinen Modell von Pulsarwindnebeln erklärt werden. Die Gründe für die unterschiedlichen Bilder sind (a) unsere Betrachtungsperspektive und (b) wie schnell und wohin sich der Pulsar bewegt. Im Allgemeinen können die beobachtbaren Strukturen solcher Pulsarwindnebel mit einem äquatorialen Torus und Polarstrahlen beschrieben werden. Torus und Jets können durch den „Gegenwind“ des interstellaren Mediums, in das sich der Pulsar bewegt, beeinflusst werden (z. B. gebogene Jets). Abhängig von unserem Betrachtungswinkel des Torus, der Jets und der Bewegung des Pulsars werden unterschiedliche Bilder von erkannt das Chandra Röntgenobservatorium. Geminga ist „von der Seite“ (oder vom Rand her in Bezug auf den Torus) zu sehen, wobei sich die Düsen ungefähr in der Ebene des Himmels befinden, während wir für B0355 + 54 fast direkt auf einen der Pole schauen. “
Diese Ausrichtung könnte auch erklären, warum die beiden Pulsare unterschiedliche Arten elektromagnetischer Strahlung zu emittieren scheinen. Grundsätzlich wird angenommen, dass die Magnetpole - nahe an ihren Spinpolen - von den Funkemissionen eines Pulsars stammen. In der Zwischenzeit wird angenommen, dass Gammastrahlen entlang des Spinäquators eines Pulsars emittiert werden, wo sich der Torus befindet.
„Die Bilder zeigen, dass wir Geminga von der Kante aus sehen (dh vom Äquator aus), weil wir Röntgenstrahlen von Partikeln sehen, die in die beiden Jets (die anfänglich mit den Radiostrahlen ausgerichtet sind) geschossen werden und in den Himmel gerichtet sind und nicht auf der Erde “, sagte Klingler. „Dies erklärt, warum wir nur Gammastrahlenimpulse von Geminga sehen. Die Bilder zeigen auch, dass wir B0355 + 54 von oben nach unten betrachten (d. H. Über einem der Pole in die Düsen schauen). Wenn sich der Pulsar dreht, bewegt sich das Zentrum des Funkstrahls über die Erde, und wir erfassen die Impulse. Aber die Gammastrahlen werden direkt vom Pulsaräquator abgegeben, sodass wir sie von B0355 aus nicht sehen. "
"Die geometrischen Einschränkungen für jeden Pulsar (wo sich die Pole und der Äquator befinden) der Pulsarwindnebel helfen dabei, die Ergebnisse bezüglich der Radio- und Gammastrahlenpulse dieser beiden Neutronensterne zu erklären", sagte Posselt. „Zum Beispiel erscheint Geminga radioaktiv (keine starken Funkimpulse), da wir keinen direkten Blick auf die Pole haben und angenommen wird, dass gepulste Funkemissionen in einer Region nahe den Polen erzeugt werden. Geminga zeigt jedoch starke Gammastrahlenpulsationen, da diese nicht an den Polen, sondern näher am Äquatorbereich erzeugt werden. “
Diese Beobachtungen waren Teil einer größeren Kampagne zur Untersuchung von sechs Pulsaren, von denen beobachtet wurde, dass sie Gammastrahlen emittieren. Diese Kampagne wird von Roger Romani von der Stanford University in Zusammenarbeit mit Astronomen und Forschern der GWU (Oleg Kargaltsev), der Penn State University (George Pavlov) und der Harvard University (Patrick Slane) geleitet.
Diese Studien werfen nicht nur ein neues Licht auf die Eigenschaften von Pulsarwindnebeln, sondern liefern auch Beobachtungsergebnisse, die Astronomen dabei helfen, bessere theoretische Modelle von Pulsaren zu erstellen. Studien wie diese, die die Geometrie von Pulsarmagnetosphären untersuchen, könnten es Astronomen außerdem ermöglichen, die Gesamtzahl der explodierten Sterne in unserer Galaxie besser abzuschätzen.
Wenn sie den Winkelbereich kennen, unter dem Pulsare nachweisbar sind, sollten sie in der Lage sein, die Menge besser abzuschätzen, die von der Erde aus nicht sichtbar ist. Eine weitere Art und Weise, wie Astronomen daran arbeiten, die Himmelsobjekte zu finden, die in den blinden Flecken der Menschheit lauern könnten!
