Dva Pulsary foukající ve větru

Nové obrázky dvou pulsarů ukazují krásné, komplexní mraky nabitých částic, které ilustrují dynamiku energie uvnitř a kolem těchto rotujících neutronových hvězd.

Chandra rentgenové pozorování pulsarů B0355 + 54 a Geminga (nahoře) a ilustrace možných orientací rotace a magnetického pole (dole).
Rentgenový snímek Geminga: NASA / CXC / PSU / B.Posselt et al .; B0355 + 54 RTG snímek: NASA / CXC / GWU / N. Klinger et al; Infračervené obrázky na pozadí: NASA / JPL-Caltech; Ilustrace (dole): Nahks Tr'Ehnl

Když hvězda přejde na supernovu, zanechá za sebou rozdrcený hvězdný zbytek, který vydrží dlouho poté, co se rozptýlené vrstvy plynu z vnějších vrstev hvězdy rozptýlí. Tyto zbytky, často pulsary, které se rozprskly vesmírem, ale daleko od toho, aby seděly v klidu, kopaly při výbuchu supernovy. Složité a krásné mraky částic, které vytvářejí, když cestují, pomáhají astronomům dozvědět se o fyzice, která je pohání.

Dvě nezávislé skupiny astronomů studovaly dva velmi odlišné pulsary, Geminga a B0355 + 54, z nichž oba jsou obklopeny mraky částic emitujících rentgenové záření (nazývaných mlhoviny pulsarů ). Týmy pozorovaly tyto mraky vytvářené pulsary pomocí dlouhých expozic s kosmickou rentgenovou observatoří Chandra. Tato pozorování umožnila týmům malovat obrázek konfigurací a fyziky pulsarů.

Co je to Pulsar a co je Pulsarova mlhovina?

Umělcova dojem pulsaru. Když se pulsar otáčí (osa rotace je na tomto obrázku vertikální), bičuje svůj paprsek radioaktivních emisí nabitých částic kolem tak, aby paprsek prošel dovnitř a mimo dohled, jako hvězdný maják.
ESA / ATG medialab

Jocelyn Bell objevil první pulsar na konci 60. let pomocí pulzujících rádiových vln. Tyto krátké, jasné rytmy pocházely z rotující neutronové hvězdy, známé jako pulsar. Pokud paprsek pulsaru protne naši linii vidění, uvidíme jeho signál jako blesk z majáku. Sledováním těchto pulzů v průběhu času mohou astronomové určit rychlost rotace pulsaru, sílu jeho magnetického pole a jeho věk.

Ačkoli pulsarův rytmus je jeho nejdůležitější charakteristikou, není to všechno, co vidíme. Obrovské elektrické síly, generované rotujícím magnetickým polem, roztrhaly nabité částice z povrchu pulsaru. Některé z těchto částic unikají jako trysky z pólu. Jiní tvoří koblicovitý mrak kolem pulsaru, který se při rotaci pulsaru zametá.

V obou případech jsou tyto částice dostatečně energetické, aby produkovaly emise v elektromagnetickém spektru. A jak pulsary cestují prachem a plynem mezi hvězdami, vlny nabitých částic interagují s mezihvězdným médiem, které zametá mraky do různých dramatických tvarů.

Astronomové často třídí emise pulsarů případ od případu, ale přitom zjistili, že i pulsary, které vypadají jako protiklady, mohou být více podobné, než se poprvé objevují: rozdíly se mohou objevit v závislosti na linii pohledu na jejich komplikované geometrie. Konkrétní pozorovací úhel dává zřetelný pohled na rychlost pulsaru prostorem, jeho rotační osu a jeho osu magnetického pole (dvě osy nejsou obvykle vyrovnány). Například v mnoha modelech pulsarů magnetické póly emitují rádiové vlny, zatímco paprsky gama obvykle pocházejí z širší oblasti, která je blíže rovníku, takže to, co vidíte, závisí na úhlu pohledu.

To vede zpět k Geminga a B0355 + 54, dvojici protilehlých pulsarů: Geminga pulzuje v paprscích gama, ale v rádiu je tichý, zatímco B0355 + 54 pulsuje v rádiových vlnách, ale ne v paprscích gama. Oba pulsary však vytvářejí větrné částice emitující rentgenové paprsky, jejichž vlastnosti vrhají světlo na různé geometrie objektů.

Geminga

Chandra pozorování pulsaru Geminga ( nahoře ) a umělecké ilustrace pulsarovy konfigurace ( dole ).
Rentgen: NASA / CXC / PSU / B.Posselt et al .; Ilustrace: Nahks TrEhnl

Bettina Posselt (Penn State University) a její kolegové pozorovali Gemingu po dobu 6, 7 dnů po dobu 8 měsíců a odhalili větrnou mlhovinu pulsaru kolem jednoho z nejbližších pulsarů gama paprsků. Vyznačuje se výrazným předním nárazovým čelem, vytvořeným jako pluh pulzující mezihvězdným médiem, stejně jako prsten kolem pulsaru a tří ocasů.

Jak pulsar zrychluje vesmírem, mezihvězdné médium zametá zpět dva delší ocasy obklopující pulsar. Tyto ocasy se mohou tvořit jako trysky částic střílející se podél pólů pulsaru, které vidíme, jak se točí na hranici našeho zorného pole. Tato konfigurace však znamená, že osa rotace je téměř kolmá k rychlosti pulsaru. Takové zarovnání by bylo neobvyklé, ledaže by Geminga měl doprovodnou hvězdu před tím, než vyšla supernova.

Zatímco předchozí pozorování nedokázala zachytit geometrii pulsaru, ostřejší Chandra obrazy také umožňují astronomům vybrat jemnější detaily. Obrázky ukazují zřetelné blikající skvrny na kratším ocasu, který sleduje pulsar. Blobbiness naznačuje, že částice nevystřelují v proudu - pokud by byly, ocas by ukazoval stálejší proud. Posselt a jeho kolegové naznačují, že kuličky mohou místo toho pocházet z torusu kolem pulsaru. Nebo mohou nabídnout, že by se kapky mohly tvořit během magnetického opětovného spojení, když se čáry magnetického pole kříží a přeskupí a vystřelí plyn, který byl zachycen podél polních čar .

B0355 + 54

Pulsar B0355 + 54 z pohledu rentgenové observatoře Chandra ( nahoře ) a ilustrace umělce, která ukazuje, jak by pulsar mohl vypadat ( dole ).
Rentgen: NASA / CXC / GWU / N. Klinger et al .; Ilustrace: Nahks Tr'Ehnl

Noel Klingler (George Washington University) a jeho kolegové pozorovali B0355 + 54 celkem 4, 6 dne. Tento pulsar ukazuje jasný oblak částic obklopujících pulsar. Tlustý ocas a ještě slabší „vousy“ sahají po obou stranách. Tento tvar naznačuje, že se díváme na pól rotujícího pulsaru - orientace, která vysvětluje, proč nevidíme gama-pulsy pulsu, které by měly pocházet z blíž k pulsarově rovníku.

Tlumený ocas se rozpíná více než 6 světelných let, větší vzdálenost než od Slunce k našemu nejbližšímu hvězdnému sousedovi, Proxima Centauri. „Vousy“ jsou přibližně kolmé na směr pohybu pulsaru. Klingerův tým naznačuje, že z magnetického pole pulsarové větrné mlhoviny by mohly uniknout vysokoenergetické částice, aby vytvořily tyto vousy.

Tyto studie větrných mlhovin pulsaru obklopujících Geminga a B0355 + 54 odhalují rozdíly ve srovnání, které ovlivňují to, co vidíme, včetně přítomnosti (nebo nepřítomnosti) gama a rádiových pulzů. Rozšířená pozorování rentgenové emise pulsarů pomáhá astronomům vytvářet podrobné scénáře, které popisují složitou geometrii a fyziku pulsarů.

Reference :

Klingler a kol. "Hluboká Chandra pozorování mlhoviny Pulsar Wind vytvořené společností PSR B0355 + 54." The Astrophysical Journal, 2016 December 20.

Posselt a kol. "Gemingova záhadná mlhovina Pulsar Wind." The Astrophysical Journal, 20. ledna 2017.