Som kosmiska fyrar som sveper över universum med utbrott av energi, pulsarer har fascinerat och förbryllat astronomer sedan de först upptäcktes för 50 år sedan. I två studier, internationella astronomteam föreslår att nya bilder från NASA:s Chandra röntgenobservatorium av två pulsarer-Geminga och B0355+54-kan hjälpa till att lysa upp ljuset på pulsars distinkta signaturer, liksom deras ofta förvirrande geometri.

Pulsarer är en typ av neutronstjärna som föds i supernovaexplosioner när massiva stjärnor kollapsar. Upptäcktes ursprungligen av fyrliknande strålar av radioemission, nyare forskning har funnit att energiska pulsarer också producerar strålar med hög energi gammastrålning.

Intressant, strålarna matchar sällan, sa Bettina Posselt, senior forskningsassistent inom astronomi och astrofysik, Penn State. Formerna på observerade radio- och gammastrålingspulser är ofta ganska olika och några av objekten visar bara den ena typen av puls eller den andra. Dessa skillnader har skapat debatt om pulsarmodellen.

"Det är inte helt förstått varför det finns variationer mellan olika pulsarer, "sa Posselt." En av huvudidéerna här är att pulsskillnader har mycket att göra med geometri - och det beror också på hur pulsars spinn och magnetaxlar är orienterade med avseende på siktlinjen oavsett om du ser vissa pulsarer eller inte , liksom hur du ser dem. "

Chandras bilder ger astronomerna en närmare än någonsin titt på den distinkta geometrin hos de laddade partikelvindarna som strålar ut i röntgen och andra våglängder från föremålen, enligt Posselt. Pulsarer roterar rytmiskt när de raketerar genom rymden med hastigheter som når hundratals kilometer i sekunden. Pulsar -vind nebulosor (PWN) produceras när de energiska partiklarna som strömmar från pulsarer skjuter längs stjärnornas magnetfält, bilda tori-munkformade ringar-runt pulsarens ekvatorialplan, och jet längs spinnaxeln, sveper ofta tillbaka i långa svansar när pulsarna snabbt skär igenom det interstellära mediet.

"Detta är ett av de trevligaste resultaten av vår större studie av pulsära vindtåger, "sa Roger W. Romani, professor i fysik vid Stanford University och huvudutredare för Chandra PWN -projektet. "Genom att synliggöra 3D-strukturen för dessa vindar, vi har visat hur man kan spåra tillbaka till plasmat injicerat av pulsaren i mitten. Chandras fantastiska röntgenskärpa var avgörande för denna studie, så vi är glada att det var möjligt att få de djupa exponeringarna som gjorde dessa svaga strukturer synliga. "

En spektakulär PWN ses runt Geminga pulsar. Geminga - en av de närmaste pulsarna på bara 800 ljusår från jorden - har tre ovanliga svansar, sa Posselt. Strömmarna av partiklar som sprutar ut från de påstådda polerna i Geminga - eller sidostjärtar - sträcker sig ut i mer än ett halvt ljusår, längre än 1, 000 gånger avståndet mellan solen och Pluto. En annan kortare svans kommer också från pulsaren.

Astronomerna sa att en mycket annorlunda PWN-bild ses på röntgenbilden av en annan pulsar som heter B0355+54, vilket är ungefär 3, 300 ljusår från jorden. Svansen på denna pulsar har ett utsläppsskydd, följt av en smal dubbel svans som sträcker sig nästan fem ljusår från stjärnan.

Medan Geminga visar pulser i gammastrålspektrumet, men det är radiotyst, B0355+54 är en av de ljusaste radiopulsarna, men visar inte gammastrålning.

"Svansarna verkar berätta varför det är, sa Posselt, tillägger att pulsarnas rotationsaxel och magnetaxelriktningar påverkar vilka utsläpp som ses på jorden.

Enligt Posselt, Geminga kan ha magnetiska poler ganska nära toppen och botten av objektet, och nästan inriktade snurrstolpar, ungefär som jorden. En av de magnetiska polerna i B0355+54 skulle kunna vända direkt mot jorden. Eftersom radioutsläppet inträffar nära platsen för de magnetiska polerna, radiovågorna kan peka längs strålens riktning, Hon sa. Gammastrålning, å andra sidan, produceras på högre höjder i en större region, så att respektive pulser kan svepa större delar av himlen.

"För Geminga, vi ser de ljusa gammastrålningspulserna och kanten på pulsarvindenebula torus, men radiostrålarna nära jetplanen pekar åt sidorna och förblir osynliga, "Sa Posselt.

De starkt böjda sidostjärtarna ger astronomerna ledtrådar till pulsarens geometri, som kan jämföras med antingen jetkontrailer som skjuter i rymden, eller en bågstöt som liknar chockvågen som skapas av en kula när den skjuts genom luften.

Oleg Kargaltsev, biträdande professor i fysik, George Washington University, som arbetade med studien på B0355+54, sa att orienteringen av B0355+54 spelar en roll för hur astronomer ser pulsaren, också. Studien är tillgänglig online i arXiv.

"För B0355+54, en stråle pekar nästan på oss så vi upptäcker de ljusa radiopulserna medan det mesta av gammastrålningsemissionen riktas i himmelens plan och missar jorden, "sa Kargaltsev." Detta innebär att pulsarns rotationsaxelriktning är nära vår siktlinjeriktning och att pulsaren rör sig nästan vinkelrätt mot sin spinnaxel. "

Noel Klingler, en forskarassistent i fysik, George Washington University, och huvudförfattare till B0355+54 -papperet, tillade att vinklarna mellan de tre vektorerna - spinnaxeln, siktlinjen, och hastigheten - är olika för olika pulsarer, vilket påverkar utseendet på deras nebulosor.

"Särskilt, det kan vara svårt att upptäcka en PWN från en pulsar som rör sig nära siktlinjen och har en liten vinkel mellan spinnaxeln och vår siktlinje, sa Klingler.

I bow-shock-tolkningen av Geminga röntgendata, Gemingas två långa svansar och deras ovanliga spektrum kan tyda på att partiklarna accelereras till nästan ljusets hastighet genom en process som kallas Fermi -acceleration. Fermi -accelerationen sker vid skärningspunkten mellan en pulsarvind och det interstellära materialet, enligt forskarna, som rapporterar sina fynd om Geminga i det aktuella numret av Astrofysisk tidskrift .

Även om olika tolkningar finns kvar på bordet för Gemingas geometri, Posselt sa att Chandras bilder av pulsaren hjälper astrofysiker att använda pulsarer som partikelfysiklaboratorier. Att studera föremålen ger astrofysiker en chans att undersöka partikelfysik under förhållanden som skulle vara omöjliga att replikera i en partikelaccelerator på jorden.

"I båda scenarierna Geminga ger spännande nya begränsningar för accelerationsfysiken i pulsära vindtåger och deras interaktion med den omgivande interstellära materien, " Hon sa.