Siden de først blev opdaget i slutningen af 1960'erne, har pulsarer fortsat fascineret astronomer. Selvom tusinder af disse pulserende, roterende stjerner er blevet observeret i de sidste fem årtier, er der meget ved dem, der fortsætter med at undgå os. Mens nogle for eksempel udsender både radio- og gammastråleimpulser, er andre begrænset til enten radio- eller gammastråle-stråling.
Imidlertid takket være et par undersøgelser fra to internationale hold af astronomer, kan vi komme nærmere på at forstå, hvorfor det er. Ved at stole på data indsamlet af Chandra røntgenobservatorium for to pulsarer (Geminga og B0355 + 54) kunne holdene vise, hvordan deres emissioner og den underliggende struktur af deres tåge (som ligner vandmænd) kunne relateres.
Disse undersøgelser, “Deep Chandra Observations of the Pulsar Wind Nebula Created by PSR B0355 + 54” og “Geminga's Puzzling Pulsar Wind Nebula” blev offentliggjort i Den Astrofysiske Journal. For begge var teamene afhængige af røntgendata fra Chandra-observatoriet for at undersøge Geminga- og B0355 + 54-pulsarer og deres tilknyttede pulsarvindnebularer (PWN).
Geminga og B00355 + 54 lysår fra henholdsvis Jorden er henholdsvis Geminga og B0355 + 54 meget ens. Ud over at have lignende rotationsperioder (5 gange pr. Sekund) er de også omkring samme alder (~ 500 millioner år). Geminga udsender imidlertid kun gammastråleimpulser, mens B0355 + 54 er en af de lyseste kendte radiopulsarer, men udsender ingen observerbare gammastråler.
Derudover er deres PWN'er struktureret helt anderledes. Baseret på sammensatte billeder, der er oprettet ved hjælp af Chandra røntgendata og Spitzer-infrarøde data, ligner den ene en vandmand, hvis kviste er afslappet, mens den anden ligner en vandmand, der er lukket og bøjet. Som Bettina Posselt - en seniorforsker i Institut for Astronomi og Astrofysik i Penn State og hovedforfatteren på Geminga-undersøgelsen - fortalte Space Magazine via e-mail:
”Chandra-dataene resulterede i to meget forskellige røntgenbilleder af pulsarvindnebularerne omkring pulsars Geminga og PSR B0355 + 54. Mens Geminga har en markant struktur med tre hale, viser billedet af PSR B0355 + 54 en bred hale med flere understrukturer. ”
Efter al sandsynlighed er Halingas og B0355 + 54 haler smalle stråler, der stammer fra pulsarens spin-poler. Disse jetfly ligger vinkelret på den doughnutformede disk (også kendt som en torus), der omgiver pulsars ækvatorregioner. Som Noel Klingler, en kandidatstuderende ved George Washington University og forfatteren af B0355 + 54-papiret, fortalte Space Magazine via e-mail:
”Det interstellare medium (ISM) er ikke et perfekt vakuum, så da begge disse pulsarer pløjer gennem rummet hundreder af kilometer i sekundet, udøver spormængden af gas i ISM tryk, og skubber således tilbage / bøjes pulsarvindnebulene bag pulsarserne, som det er vist på de billeder, der er opnået af Chandra røntgenobservatorium. ”
Deres tilsyneladende strukturer ser ud til at skyldes deres disposition i forhold til Jorden. I Gemingas tilfælde er visningen af torusen kantet, mens jetflyene peger mod siderne. I B0355 + 54's tilfælde ses torusen med ansigtet, mens jetflyene peger både mod og væk fra Jorden. Fra vores udsigtspunkt ser disse jetfly ud som om de er oven på hinanden, hvilket er, hvad der får det til at se ud som om det har en dobbelt hale. Som Posselt beskriver det:
”Begge strukturer kan forklares med den samme generelle model af pulsarvindnebler. Årsagerne til de forskellige billeder er (a) vores synsperspektiv, og (b) hvor hurtigt og hvor pulsaren bevæger sig. I almindelighed kan de observerbare strukturer af sådanne pulsarvindnebuer beskrives med en ækvatorial torus og polære jetfly. Torus og Jets kan påvirkes (f.eks. Bøjede jetfly) af ”hovedvinden” fra det interstellære medium, som pulsaren bevæger sig i. Afhængig af vores synsvinkel på torus, jetfly og bevægelsen af pulsaren, registreres forskellige billeder af Chandra røntgenobservatorium. Geminga ses "fra siden" (eller kantet i forhold til torus) med jetflyene omtrent placeret i himmelplanet, mens vi for B0355 + 54 ser næsten direkte på en af polerne. ”
Denne orientering kan også hjælpe med at forklare, hvorfor de to pulsarer ser ud til at udsende forskellige typer elektromagnetisk stråling. Dybest set er magnetpolerne - som er tæt på deres spin-poler - hvor en pulsars radioemission antages at komme fra. I mellemtiden antages gammastråler at blive udsendt langs en pulsars spinækvator, hvor torusen er placeret.
”Billederne afslører, at vi ser Geminga fra edge-on (dvs. kigge på dets ækvator), fordi vi ser røntgenstråler fra partikler, der er lanceret ind i de to jetfly (som oprindeligt er på linje med radiobjælkerne), som er peget i himlen , og ikke på Jorden, ”sagde Klingler. ”Dette forklarer, hvorfor vi kun ser Gamma-ray pulser fra Geminga. Billederne indikerer også, at vi ser på B0355 + 54 set fra ovenfra og ned (dvs. over en af polerne, der kigger ind i jetflyene). Så når pulsaren roterer, fejer midten af radiostrålen over Jorden, og vi registrerer impulser; men gammastrålerne lanceres lige ud fra pulsars ækvator, så vi ser dem ikke fra B0355. ”
”De geometriske begrænsninger på hver pulsar (hvor er polerne og ækvator) fra pulsarvindnebulerne er med til at forklare fund med hensyn til radio- og gammastråleimpulser fra disse to neutronstjerner,” sagde Posselt. ”Geminga forekommer for eksempel radio-stille (ingen stærke radioimpulser), fordi vi ikke har et direkte syn på polerne, og det antages, at pulserende radioemission genereres i et område tæt på polerne. Men Geminga viser stærke gammastråle-pulseringer, fordi disse ikke produceres ved polerne, men tættere på ækvatorregionen. ”
Disse observationer var del af en større kampagne for at studere seks pulsarer, der er set at udsende gammastråler. Denne kampagne ledes af Roger Romani fra Stanford University i samarbejde med astronomer og forskere fra GWU (Oleg Kargaltsev), Penn State University (George Pavlov) og Harvard University (Patrick Slane).
Ikke kun kaster disse undersøgelser nyt lys over egenskaberne ved pulsarvindnebularer, de leverer også observationsbevis for at hjælpe astronomer med at skabe bedre teoretiske modeller af pulsarer. Derudover kunne undersøgelser som disse - som undersøger geometrien for pulsarmagnetosfærer - give astronomer mulighed for bedre at estimere det samlede antal eksploderede stjerner i vores galakse.
Ved at kende området vinkler, hvormed pulsarer kan detekteres, skulle de være i stand til bedre at estimere den mængde, der ikke er synlig fra Jorden. Endnu en måde, hvorpå astronomer arbejder på at finde de himmelske objekter, der kunne lurer i menneskehedens blinde pletter!
