Da quando sono stati scoperti per la prima volta alla fine degli anni '60, le pulsar hanno continuato ad affascinare gli astronomi. Anche se migliaia di queste stelle pulsante e vibranti sono state osservate negli ultimi cinque decenni, ci sono molte cose che continuano a sfuggirci. Ad esempio, mentre alcuni emettono impulsi di raggi radio e gamma, altri sono limitati alla radiazione radio o ai raggi gamma.
Tuttavia, grazie a un paio di studi di due team internazionali di astronomi, potremmo avvicinarci alla comprensione del perché. Basandosi sui dati raccolti dall'Osservatorio ai raggi X Chandra di due pulsar (Geminga e B0355 + 54), i team sono stati in grado di mostrare come le loro emissioni e la struttura sottostante delle loro nebulose (che assomigliano alle meduse) potrebbero essere correlate.
Questi studi, "Deep Chandra Observations of the Pulsar Wind Nebula Created by PSR B0355 + 54" e "Geminga's Puzzling Pulsar Nebula" sono stati pubblicati in La astrofisica Journal. Per entrambi, i team hanno fatto affidamento sui dati radiografici dell'Osservatorio Chandra per esaminare le pulsar Geminga e B0355 + 54 e le loro nebulose di vento pulsar (PWN).
Situate a 800 e 3400 anni luce dalla Terra (rispettivamente), le pulsar Geminga e B0355 + 54 sono abbastanza simili. Oltre ad avere periodi di rotazione simili (5 volte al secondo), hanno circa la stessa età (~ 500 milioni di anni). Tuttavia, Geminga emette solo impulsi di raggi gamma mentre B0355 + 54 è una delle pulsar radio più luminose conosciute, ma non emette raggi gamma osservabili.
Inoltre, i loro PWN sono strutturati in modo diverso. Sulla base di immagini composite create utilizzando i dati a raggi X di Chandra e i dati a infrarossi di Spitzer, uno assomiglia a una medusa i cui viticci sono rilassati mentre l'altro sembra una medusa che è chiusa e flessa. Come Bettina Posselt - un ricercatore associato presso il Dipartimento di Astronomia e Astrofisica di Penn State, e l'autore principale dello studio Geminga - ha detto a Space Magazine via e-mail:
“I dati di Chandra hanno prodotto due immagini a raggi X molto diverse delle nebulose del vento pulsar attorno alle pulsar Geminga e PSR B0355 + 54. Mentre Geminga ha una struttura a tre code distinta, l'immagine di PSR B0355 + 54 mostra una coda larga con diverse sottostrutture. "
Con ogni probabilità, le code di Geminga e B0355 + 54 sono getti stretti che emanano dai poli di rotazione della pulsar. Questi getti giacciono perpendicolari al disco a forma di ciambella (alias un toro) che circonda le regioni equatoriali delle pulsar. Come Noel Klingler, uno studente laureato alla George Washington University e autore del documento B0355 + 54, ha detto a Space Magazine via e-mail:
"Il mezzo interstellare (ISM) non è un vuoto perfetto, quindi poiché entrambe queste pulsar solcano lo spazio a centinaia di chilometri al secondo, la quantità di gas presente nell'ISM esercita una pressione, spingendo indietro / piegando le nebulose del vento pulsar dietro le pulsar, come mostrato nelle immagini ottenute dall'Osservatorio dei raggi X di Chandra. "
Le loro apparenti strutture sembrano essere dovute alla loro disposizione rispetto alla Terra. Nel caso di Geminga, la vista del toro è spigolosa mentre i getti puntano verso i lati. Nel caso di B0355 + 54, il toro è visto a faccia in su mentre i getti puntano sia verso che lontano dalla Terra. Dal nostro punto di vista, questi getti sembrano essere uno sopra l'altro, il che è ciò che fa sembrare che abbia una doppia coda. Come lo descrive Posselt:
“Entrambe le strutture possono essere spiegate con lo stesso modello generale di nebulose eoliche pulsar. Le ragioni delle diverse immagini sono (a) la nostra prospettiva di visione e (b) la velocità e la direzione della pulsar. In generale, le strutture osservabili di tali nebulose eoliche pulsar possono essere descritte con un toro equatoriale e getti polari. Il toro e i getti possono essere influenzati (ad esempio, getti piegati) dal “vento in testa” dal mezzo interstellare in cui si muove la pulsar. A seconda del nostro angolo di visione del toro, dei getti e del movimento della pulsar, le diverse immagini vengono rilevate da l'osservatorio a raggi X di Chandra. La Geminga è vista "dal lato" (o in avanti rispetto al toro) con i getti situati approssimativamente nel piano del cielo mentre per B0355 + 54 guardiamo quasi direttamente a uno dei poli. "
Questo orientamento potrebbe anche aiutare a spiegare perché le due pulsar sembrano emettere diversi tipi di radiazione elettromagnetica. Fondamentalmente, i poli magnetici - che sono vicini ai loro poli di rotazione - sono da dove si ritiene che provengano le emissioni radio di una pulsar. Nel frattempo, si ritiene che i raggi gamma vengano emessi lungo l'equatore di spin della pulsar, dove si trova il toro.
“Le immagini rivelano che vediamo Geminga da edge-on (cioè guardando il suo equatore) perché vediamo i raggi X da particelle lanciate nei due getti (che inizialmente sono allineati con i raggi radio), che sono puntati verso il cielo e non sulla Terra ", ha detto Klingler. “Questo spiega perché vediamo solo impulsi di raggi gamma da Geminga. Le immagini indicano anche che stiamo guardando B0355 + 54 da una prospettiva dall'alto verso il basso (cioè sopra uno dei poli, guardando nei getti). Così mentre la pulsar ruota, il centro del raggio radio attraversa la Terra e noi rileviamo gli impulsi; ma i raggi gamma vengono lanciati direttamente dall'equatore della pulsar, quindi non li vediamo da B0355 ".
"I vincoli geometrici su ciascuna pulsar (dove sono i poli e l'equatore) delle nebulose del vento pulsar aiutano a spiegare i risultati riguardanti gli impulsi radio e dei raggi gamma di queste due stelle di neutroni", ha detto Posselt. "Ad esempio, Geminga appare radio-silenziosa (nessun forte impulso radio) perché non abbiamo una visione diretta dei poli e si pensa che l'emissione radio pulsata sia generata in una regione vicina ai poli. Ma la Geminga mostra forti pulsazioni di raggi gamma, perché non sono prodotte ai poli, ma più vicino alla regione equatoriale. "
Queste osservazioni facevano parte di una più ampia campagna per studiare sei pulsar che sono state viste emettere raggi gamma. Questa campagna è guidata da Roger Romani della Stanford University, con la collaborazione di astronomi e ricercatori della GWU (Oleg Kargaltsev), della Penn State University (George Pavlov) e della Harvard University (Patrick Slane).
Questi studi non solo stanno gettando nuova luce sulle proprietà delle nebulose del vento pulsar, ma forniscono anche prove osservative per aiutare gli astronomi a creare migliori modelli teorici di pulsar. Inoltre, studi come questi - che esaminano la geometria delle magnetosfere pulsar - potrebbero consentire agli astronomi di stimare meglio il numero totale di stelle esplose nella nostra galassia.
Conoscendo la gamma di angoli in cui le pulsar sono rilevabili, dovrebbero essere in grado di stimare meglio la quantità che non sono visibili dalla Terra. Ancora un altro modo in cui gli astronomi stanno lavorando per trovare gli oggetti celesti che potrebbero essere in agguato nei punti ciechi dell'umanità!
