Από τότε που ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά στα τέλη της δεκαετίας του 1960, τα πάλσαρ συνέχισαν να γοητεύουν τους αστρονόμους. Παρόλο που χιλιάδες από αυτά τα παλλόμενα, περιστρεφόμενα αστέρια έχουν παρατηρηθεί τις τελευταίες πέντε δεκαετίες, υπάρχουν πολλά σχετικά με αυτά που συνεχίζουν να μας διαφεύγουν. Για παράδειγμα, ενώ ορισμένα εκπέμπουν παλμούς ραδιοφώνου και ακτίνων γάμμα, άλλα περιορίζονται είτε σε ακτινοβολία ραδιοφώνου είτε σε ακτινοβολία ακτίνων γάμμα.
Ωστόσο, χάρη σε ένα ζευγάρι μελετών από δύο διεθνείς ομάδες αστρονόμων, ίσως πλησιάζουμε στο να κατανοήσουμε γιατί συμβαίνει αυτό. Βασιζόμενοι σε δεδομένα που συλλέγονται από το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra δύο πάλσαρ (Γκεμίνγκα και B0355+54 ), οι ομάδες μπόρεσαν να δείξουν πώς θα μπορούσαν να σχετίζονται οι εκπομπές τους και η υποκείμενη δομή των νεφελωμάτων τους (που μοιάζουν με μέδουσες).
Αυτές οι μελέτες, « Βαθιές παρατηρήσεις Chandra του νεφελώματος Pulsar Wind Δημιουργήθηκε από PSR B0355+54 ' και ' Το αινιγματικό νεφέλωμα του ανέμου Pulsar του Geminga », δημοσιεύτηκαν στοThe Astrophysical Journaο.Και για τα δύο, οι ομάδες βασίστηκαν σε δεδομένα ακτίνων Χ από το Παρατηρητήριο Chandra για να εξετάσουν τα πάλσαρ Geminga και B0355+54 και τα σχετιζόμενα νεφελώματα ανέμου πάλσαρ (PWN).
Η εντύπωση ενός καλλιτέχνη για ένα αυξανόμενο πάλσαρ ακτίνων Χ χιλιοστού του δευτερολέπτου. Πίστωση: NASA/Goddard Space Flight Center/Dana Berry
Σε απόσταση 800 και 3400 ετών φωτός από τη Γη (αντίστοιχα), τα πάλσαρ Geminga και B0355+54 είναι αρκετά παρόμοια. Εκτός από το ότι έχουν παρόμοιες περιόδους περιστροφής (5 φορές ανά δευτερόλεπτο), έχουν επίσης περίπου την ίδια ηλικία (~500 εκατομμύρια χρόνια). Ωστόσο, το Geminga εκπέμπει μόνο παλμούς ακτίνων γάμμα ενώ το B0355+54 είναι ένα από τα φωτεινότερα γνωστά ραδιοπάλσαρ, αλλά δεν εκπέμπει παρατηρήσιμες ακτίνες γάμμα.
Επιπλέον, τα PWN τους είναι δομημένα αρκετά διαφορετικά. Με βάση σύνθετες εικόνες που δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας δεδομένα ακτίνων Χ Chandra και δεδομένα υπέρυθρων Spitzer, η μία μοιάζει με μέδουσα της οποίας οι τρύπες είναι χαλαρές ενώ η άλλη μοιάζει με μέδουσα που είναι κλειστή και λυγισμένη. Όπως είπε στο Universe Today μέσω email η Bettina Posselt – ανώτερη επιστημονική συνεργάτις στο Τμήμα Αστρονομίας και Αστροφυσικής στο Penn State, και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Geminga:
«Τα δεδομένα Chandra οδήγησαν σε δύο πολύ διαφορετικές εικόνες ακτίνων Χ των νεφελωμάτων του ανέμου πάλσαρ γύρω από τα πάλσαρ Geminga και PSR B0355+54. Ενώ η Geminga έχει μια ξεχωριστή δομή τριών ουρών, η εικόνα του PSR B0355+54 δείχνει μια πλατιά ουρά με πολλές υποδομές.»
Κατά πάσα πιθανότητα, οι ουρές του Geminga και του B0355+54 είναι στενοί πίδακες που προέρχονται από τους πόλους περιστροφής του πάλσαρ. Αυτοί οι πίδακες βρίσκονται κάθετα στον δίσκο σε σχήμα ντόνατς (γνωστός και ως torus) που περιβάλλει τις ισημερινές περιοχές των πάλσαρ. Όπως είπε ο Noel Klingler, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο George Washington και συγγραφέας της εργασίας B0355+54, στο Universe Today μέσω email:
«Το διαστρικό μέσο (ISM) δεν είναι τέλειο κενό, έτσι καθώς και τα δύο αυτά πάλσαρ οργώνουν το διάστημα με εκατοντάδες χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο, η ίχνη αερίου στο ISM ασκεί πίεση, ωθώντας προς τα πίσω/λυγίζοντας τα νεφελώματα του ανέμου των πάλσαρ πίσω από τα πάλσαρ, όπως φαίνεται στις εικόνες που ελήφθησαν από το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra».
Οι φαινομενικές δομές τους φαίνεται να οφείλονται στη διάθεσή τους σε σχέση με τη Γη. Στην περίπτωση του Geminga, η όψη του torus είναι ακραία ενώ οι πίδακες δείχνουν προς τα πλάγια. Στην περίπτωση του B0355+54, ο δακτύλιος φαίνεται πρόσωπο με πρόσωπο ενώ οι πίδακες δείχνουν προς και μακριά από τη Γη. Από τη δική μας σκοπιά, αυτοί οι πίδακες μοιάζουν σαν να είναι ο ένας πάνω στον άλλο, κάτι που το κάνει να φαίνεται σαν να έχει διπλή ουρά. Όπως το περιγράφει ο Posselt:
«Και οι δύο δομές μπορούν να εξηγηθούν με το ίδιο γενικό μοντέλο νεφελωμάτων ανέμου πάλσαρ. Οι λόγοι για τις διαφορετικές εικόνες είναι (α) η οπτική μας οπτική γωνία και (β) πόσο γρήγορα και προς τα πού κινείται το πάλσαρ. Γενικά, οι παρατηρήσιμες δομές τέτοιων νεφελωμάτων ανέμου πάλσαρ μπορούν να περιγραφούν με έναν ισημερινό δακτύλιο και με πολικούς πίδακες. Ο τόρος και οι πίδακες μπορούν να επηρεαστούν (π.χ. λυγισμένοι πίδακες) από τον 'κεφαλικό άνεμο' από το διαστρικό μέσο στο οποίο κινείται το πάλσαρ. Ανάλογα με τη γωνία θέασης του δακτύλου, των πίδακες και την κίνηση του πάλσαρ, ανιχνεύονται διαφορετικές εικόνες από το παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra. Το Geminga φαίνεται 'από το πλάι' (ή από άκρη σε σχέση με τον δακτύλιο) με τους πίδακες να βρίσκονται κατά προσέγγιση στο επίπεδο του ουρανού, ενώ για το B0355+54 κοιτάμε σχεδόν απευθείας σε έναν από τους πόλους.'
Αυτός ο προσανατολισμός θα μπορούσε επίσης να εξηγήσει γιατί τα δύο πάλσαρ φαίνεται να εκπέμπουν διαφορετικούς τύπους ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Βασικά, οι μαγνητικοί πόλοι - οι οποίοι βρίσκονται κοντά στους πόλους σπιν τους - είναι από όπου πιστεύεται ότι προέρχονται οι ραδιοεκπομπές ενός πάλσαρ. Εν τω μεταξύ, πιστεύεται ότι οι ακτίνες γάμμα εκπέμπονται κατά μήκος του ισημερινού περιστροφής ενός πάλσαρ, όπου βρίσκεται ο τόρος.
«Οι εικόνες αποκαλύπτουν ότι βλέπουμε το Geminga από την άκρη (δηλαδή κοιτάζοντας τον ισημερινό του) επειδή βλέπουμε ακτίνες Χ από σωματίδια που εκτοξεύονται στους δύο πίδακες (οι οποίοι αρχικά ευθυγραμμίζονται με τις ακτίνες του ραδιοφώνου), οι οποίοι είναι στραμμένοι προς τον ουρανό , και όχι στη Γη», είπε ο Klingler. «Αυτό εξηγεί γιατί βλέπουμε μόνο παλμούς ακτίνων γάμμα από την Geminga. Οι εικόνες υποδεικνύουν επίσης ότι κοιτάμε το B0355+54 από πάνω προς τα κάτω προοπτική (δηλαδή, πάνω από έναν από τους πόλους, κοιτάζοντας μέσα στους πίδακες). Έτσι, καθώς το πάλσαρ περιστρέφεται, το κέντρο της ακτίνας του ραδιοφώνου σαρώνει τη Γη και ανιχνεύουμε τους παλμούς. αλλά οι ακτίνες γάμμα εκτοξεύονται απευθείας από τον ισημερινό του πάλσαρ, επομένως δεν τις βλέπουμε από το B0355».
Πανοραμική άποψη από το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi, που δείχνει τη θέση της Geminga στον Γαλαξία. Πίστωση: NASA/DOE/International LAT Team.
«Οι γεωμετρικοί περιορισμοί σε κάθε πάλσαρ (όπου είναι οι πόλοι και ο ισημερινός) από τα νεφελώματα του ανέμου των πάλσαρ βοηθούν στην εξήγηση των ευρημάτων σχετικά με τους παλμούς ραδιοκυμάτων και ακτίνων γάμμα αυτών των δύο άστρων νετρονίων», είπε ο Posselt. «Για παράδειγμα, το Geminga φαίνεται ραδιοφωνικό (χωρίς ισχυρούς ραδιοπαλμούς) επειδή δεν έχουμε άμεση θέα στους πόλους και η παλμική ραδιοεκπομπή θεωρείται ότι δημιουργείται σε μια περιοχή κοντά στους πόλους. Αλλά η Geminga εμφανίζει ισχυρούς παλμούς ακτίνων γάμμα, επειδή αυτοί δεν παράγονται στους πόλους, αλλά πιο κοντά στην περιοχή του ισημερινού».
Αυτές οι παρατηρήσεις ήταν μέρος μιας μεγαλύτερης εκστρατείας για τη μελέτη έξι πάλσαρ που έχουν δει ότι εκπέμπουν ακτίνες γάμμα. Αυτή η εκστρατεία διευθύνεται από τον Roger Romani του Πανεπιστημίου Stanford, με τη συνεργασία αστρονόμων και ερευνητών από το GWU (Oleg Kargaltsev), το Penn State University (George Pavlov) και το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ (Patrick Slane).
Όχι μόνο αυτές οι μελέτες ρίχνουν νέο φως στις ιδιότητες των νεφελωμάτων του ανέμου πάλσαρ, αλλά παρέχουν επίσης παρατηρητικές αποδείξεις για να βοηθήσουν τους αστρονόμους να δημιουργήσουν καλύτερα θεωρητικά μοντέλα πάλσαρ. Επιπλέον, μελέτες όπως αυτές – οι οποίες εξετάζουν τη γεωμετρία των μαγνητόσφαιρων πάλσαρ – θα μπορούσαν να επιτρέψουν στους αστρονόμους να εκτιμήσουν καλύτερα τον συνολικό αριθμό των αστεριών που έχουν εκραγεί στον γαλαξία μας.
Γνωρίζοντας το εύρος των γωνιών στις οποίες είναι ανιχνεύσιμα τα πάλσαρ, θα πρέπει να είναι σε θέση να εκτιμήσουν καλύτερα την ποσότητα που δεν είναι ορατή από τη Γη. Ένας ακόμη τρόπος με τον οποίο οι αστρονόμοι εργάζονται για να βρουν τα ουράνια αντικείμενα που θα μπορούσαν να κρύβονται στα τυφλά σημεία της ανθρωπότητας!
https://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a020000/a020100/a020136/a010205_pulsar_720p.mp4Περαιτέρω ανάγνωση: Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra