Al igual que los faros cósmicos que barren el universo con explosiones de energía, los púlsares han fascinado y desconcertado a los astrónomos desde que fueron descubiertos por primera vez hace 50 años. En dos estudios, equipos internacionales de astrónomos sugieren que las imágenes recientes del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA de dos púlsares- Geminga y B0355 + 54 - pueden ayudar a iluminar las firmas de emisión distintivas de los púlsares, así como su geometría a menudo desconcertante.
Los púlsares son un tipo de estrella de neutrones que nacen en explosiones de supernovas cuando las estrellas masivas colapsan. Descubiertas inicialmente por haces de emisión de radio similares a un faro, una investigación más reciente ha encontrado que los púlsares enérgicos también producen haces de rayos gamma de alta energía.
Curiosamente, los rayos rara vez coinciden, dijo Bettina Posselt, investigadora asociada principal en astronomía y astrofísica, Penn State. Las formas de los pulsos de radio y rayos gamma observados a menudo son bastante diferentes y algunos de los objetos muestran solo un tipo de pulsoo el otro. Estas diferencias han generado debate sobre el modelo de púlsar.
"No se entiende completamente por qué hay variaciones entre los diferentes púlsares", dijo Posselt. "Una de las ideas principales aquí es que las diferencias de pulso tienen mucho que ver con la geometría, y también depende de cómo gire y sea magnético el púlsar".los ejes están orientados con respecto a la línea de visión, tanto si ves ciertos púlsares como si no, así como también cómo los ves ".
Las imágenes de Chandra están dando a los astrónomos una mirada más cercana que nunca a la geometría distintiva de los vientos de partículas cargadas que irradian en rayos X y otras longitudes de onda de los objetos, según Posselt. Los Pulsars rotan rítmicamente mientras se disparan por el espacio a velocidades que alcanzan cientosde kilómetros por segundo Las nebulosas de viento de Pulsar PWN se producen cuando las partículas energéticas que fluyen de los púlsares se disparan a lo largo de los campos magnéticos de las estrellas, forman toros, anillos en forma de rosquilla, alrededor del plano ecuatorial del púlsar y se proyectan a lo largo del eje de rotación., a menudo volviendo a formar colas largas cuando los púlsares cortan rápidamente el medio interestelar.
"Este es uno de los mejores resultados de nuestro estudio más amplio de las nebulosas del viento pulsar", dijo Roger W. Romani, profesor de física en la Universidad de Stanford e investigador principal del proyecto Chandra PWN. "Al hacer la estructura tridimensional devisibles estos vientos, hemos demostrado cómo se puede rastrear el plasma inyectado por el púlsar en el centro. La fantástica agudeza de rayos X de Chandra fue esencial para este estudio, por lo que estamos contentos de que haya sido posible obtener las exposiciones profundas que hicieronestas estructuras débiles visibles "
Se ve un PWN espectacular alrededor del púlsar Geminga. Geminga, uno de los púlsares más cercanos a solo 800 años luz de distancia de la Tierra, tiene tres colas inusuales, dijo Posselt. Las corrientes de partículas que salen de los presuntos polos de Geminga- o colas laterales - se extienden por más de medio año luz, más de 1,000 veces la distancia entre el Sol y Plutón. Otra cola más corta también emana del púlsar.
Los astrónomos dijeron que se ve una imagen PWN muy diferente en la imagen de rayos X de otro púlsar llamado B0355 + 54, que está a unos 3.300 años luz de la Tierra. La cola de este púlsar tiene un límite de emisión, seguido deuna doble cola estrecha que se extiende casi cinco años luz lejos de la estrella.
Mientras que Geminga muestra pulsos en el espectro de rayos gamma, pero está en silencio de radio, B0355 + 54 es uno de los púlsares de radio más brillantes, pero no muestra los rayos gamma.
"Las colas parecen decirnos por qué", dijo Posselt, y agregó que el eje de giro de los púlsares y las orientaciones del eje magnético influyen en las emisiones que se ven en la Tierra.
Según Posselt, Geminga puede tener polos magnéticos bastante cerca de la parte superior e inferior del objeto, y polos giratorios casi alineados, muy parecidos a la Tierra. Uno de los polos magnéticos de B0355 + 54 podría mirar directamente a la Tierra. Debido a que la radioLa emisión se produce cerca del sitio de los polos magnéticos, las ondas de radio pueden apuntar a lo largo de la dirección de los chorros, dijo. La emisión de rayos gamma, por otro lado, se produce a altitudes más altas en una región más grande, permitiendo que los pulsos respectivosbarrer áreas más grandes del cielo.
"Para Geminga, vemos los pulsos brillantes de rayos gamma y el borde del toro de la nebulosa del viento del púlsar, pero los rayos de radio cerca de los chorros apuntan a los lados y permanecen invisibles", dijo Posselt.
Las colas laterales fuertemente dobladas ofrecen a los astrónomos pistas sobre la geometría del púlsar, que podría compararse con las estelas de chorro que se elevan en el espacio o con un arco de choque similar a la onda de choque creada por una bala cuando se dispara por el aire.
Oleg Kargaltsev, profesor asistente de física de la Universidad George Washington, quien trabajó en el estudio sobre B0355 + 54, dijo que la orientación de B0355 + 54 también juega un papel en cómo los astrónomos ven el púlsar. El estudio está disponible en líneaen arXiv.
"Para B0355 + 54, un chorro apunta casi a nosotros, por lo que detectamos los pulsos de radio brillantes mientras que la mayor parte de la emisión de rayos gamma se dirige al plano del cielo y pierde la Tierra", dijo Kargaltsev. "Esto implica quela dirección del eje de giro del púlsar está cerca de nuestra línea de visión y que el púlsar se mueve casi perpendicularmente a su eje de giro ".
Noel Klingler, un asistente de investigación graduado en física, Universidad de George Washington, y autor principal del artículo B0355 + 54, agregó que los ángulos entre los tres vectores: el eje de giro, la línea de visión y la velocidad- son diferentes para diferentes púlsares, lo que afecta la apariencia de sus nebulosas.
"En particular, puede ser difícil detectar un PWN de un púlsar que se mueve cerca de la línea de visión y que tiene un ángulo pequeño entre el eje de giro y nuestra línea de visión", dijo Klingler.
En la interpretación del choque de proa de los datos de rayos X de Geminga, las dos colas largas de Geminga y su espectro inusual pueden sugerir que las partículas se aceleran a casi la velocidad de la luz a través de un proceso llamado aceleración de Fermi. La aceleración de Fermi tiene lugar enla intersección de un viento de púlsar y el material interestelar, según los investigadores, que informan sus hallazgos sobre Geminga en la edición actual de Revista astrofísica .
Aunque las diferentes interpretaciones permanecen sobre la mesa para la geometría de Geminga, Posselt dijo que las imágenes de Chandra del púlsar están ayudando a los astrofísicos a usar los púlsares como laboratorios de física de partículas. Estudiar los objetos les da a los astrofísicos la oportunidad de investigar la física de partículas en condiciones que serían imposibles de replicaren un acelerador de partículas en la tierra.
"En ambos escenarios, Geminga proporciona nuevas y emocionantes restricciones sobre la física de aceleración en las nebulosas del viento del púlsar y su interacción con la materia interestelar circundante", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Matt Swayne. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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