Chandra Revela Una Explicación Geométrica De Las Desconcertantes Diferencias En El Comportamiento De Los Púlsares

Chandra muestra que la geometría resuelve un rompecabezas de Pulsar

Las nuevas imágenes de rayos X de Chandra han mostrado formas claramente diferentes para las estructuras alrededor de dos púlsares. Al estudiar la forma y la orientación de estas estructuras, los astrónomos pueden explicar la presencia o ausencia de pulsos de radio y rayos gamma de estos sistemas.

NASA El Observatorio de rayos X ‘S Chandra ha tomado exposiciones profundas de dos púlsares energéticos cercanos que vuelan a través del Vía láctea galaxia. La forma de su emisión de rayos X sugiere que existe una explicación geométrica para las desconcertantes diferencias de comportamiento que muestran algunos púlsares.

Los púlsares, estrellas de neutrones de rotación rápida y altamente magnetizadas nacidas en explosiones de supernovas provocadas por el colapso de estrellas masivas, se descubrieron hace 50 años a través de su emisión de radio pulsada y altamente regular. Los púlsares producen un haz de radiación similar a un faro que los astrónomos detectan como pulsos pulsar La rotación barre el rayo a través del cielo. 

Desde su descubrimiento, se han descubierto miles de púlsares, muchos de los cuales producen haces de ondas de radio y rayos gamma. Algunos púlsares muestran solo pulsos de radio y otros solo muestran pulsos de rayos gamma. Las observaciones de Chandra han revelado una emisión de rayos X más estable a partir de nubes extensas de partículas de alta energía, llamadas nebulosas de viento púlsar, asociadas con ambos tipos de púlsares. Los nuevos datos de Chandra sobre las nebulosas de viento de púlsar pueden explicar la presencia o ausencia de pulsos de radio y rayos gamma.

Este gráfico de cuatro paneles muestra los dos púlsares observados por Chandra. Geminga está en la parte superior izquierda y B0355 + 54 está en la parte superior derecha. En ambas imágenes, los rayos X de Chandra, de color azul y morado, se combinan con datos infrarrojos del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA que muestra estrellas en el campo de visión. Debajo de cada imagen de datos, una ilustración de un artista muestra más detalles de cómo creen los astrónomos que es la estructura de cada nebulosa de viento púlsar.

Para Geminga, se analizó una observación profunda de Chandra que totalizó casi ocho días durante varios años para mostrar senderos en forma de arco que abarcan medio año luz y una estructura estrecha directamente detrás del púlsar. Una observación de Chandra de cinco días del segundo púlsar, B0355 + 54, mostró un límite de emisión seguido de un estrecho rastro doble que se extendía casi cinco años luz.

Los púlsares subyacentes son bastante similares, ambos giran unas cinco veces por segundo y ambos tienen una edad de medio millón de años. Sin embargo, Geminga muestra pulsos de rayos gamma sin emisión de radio brillante, mientras que B0355 + 54 es uno de los púlsares de radio más brillantes conocidos que aún no se ve en rayos gamma.

Una interpretación probable de las imágenes de Chandra es que los senderos largos y estrechos al lado de Geminga y la doble cola de B0355 + 54 representan chorros estrechos que emanan de los polos de giro del púlsar. Ambos púlsares también contienen un toro de emisión que se extiende desde el ecuador de giro del púlsar. Estas estructuras en forma de disco y los chorros son aplastados y barridos mientras los púlsares vuelan a través de la Galaxia a velocidades supersónicas.

En el caso de Geminga, la vista del toro es cercana al borde, mientras que los chorros apuntan hacia los lados. B0355 + 54 tiene una estructura similar, pero con el toro visto casi de frente y los chorros apuntando casi directamente hacia y desde la Tierra. En B0355 + 54, los chorros de retroceso parecen estar casi uno encima del otro, dando una cola doblada.

Ambos púlsares tienen polos magnéticos bastante cerca de sus polos de giro, como es el caso del campo magnético de la Tierra. Estos polos magnéticos son el sitio de emisión de radio de púlsar, por lo que los astrónomos esperan que los rayos de radio apunten en una dirección similar a la de los chorros. Por el contrario, la emisión de rayos gamma se produce principalmente a lo largo del ecuador de giro y, por lo tanto, se alinea con el toro. 

Para Geminga, los astrónomos ven los pulsos de rayos gamma brillantes a lo largo del borde del toro, pero los rayos de radio cerca de los chorros apuntan hacia los lados y permanecen invisibles. Para B0355 + 54, un chorro apunta casi a lo largo de nuestra línea de visión hacia el púlsar. Esto significa que los astrónomos ven los pulsos de radio brillantes, mientras que el toro y su emisión de rayos gamma asociada se dirigen en una dirección perpendicular a nuestra línea de visión, sin llegar a la Tierra.

Estas dos imágenes profundas de Chandra, por lo tanto, han expuesto la orientación de giro de estos púlsares, ayudando a explicar la presencia y ausencia de pulsos de radio y rayos gamma.

Las observaciones de Chandra de Geminga y B0355 + 54 son parte de una gran campaña, dirigida por Roger Romani de la Universidad de Stanford, para estudiar seis púlsares que se ha visto emitir rayos gamma. La muestra de la encuesta cubre un rango de edades, propiedades de rotación e inclinaciones esperadas, lo que la convierte en una prueba poderosa de los modelos de emisión de púlsares.

Un artículo sobre Geminga dirigido por Bettina Posselt de la Universidad de Penn State fue aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal y está disponible en línea. Un artículo sobre B0355 + 54 dirigido por Noel Klingler de la Universidad George Washington fue publicado en la edición del 20 de diciembre de 2016 de The Astrophysical Journal y está disponible en línea. El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsonian en Cambridge, Massachusetts, controla las operaciones científicas y de vuelo de Chandra.

Crédito de la imagen: Imagen de Geminga: NASA / CXC / PSU / B. Posselt et al; Infrarrojos: NASA / JPL -Caltech; B0355 + 54: Rayos X: NASA / CXC / GWU / N. Klingler et al; Infrarrojos: NASA / JPL-Caltech; Ilustraciones: Nahks TrEhnl

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