O Observatório Chandra de Raios X da NASA obteve fotos de profunda exposição de dois pulsares energéticos próximos voando através da Via Láctea. O formato de suas emissões de raios X sugere haver uma explicação geométrica para as desconcertantes diferenças de comportamento mostradas por alguns pulsares.
Os pulsares − estrelas de nêutros em rápida rotação, altamente magnetizadas, nascidas em explosões de supernovas desencadeadas pelo colapso de estrelas de grande massa − foram descobertos há 50 anos através de suas emissões de rádio em pulsos, altamente regulares. Pulsares produzem um feixe de radiações semelhante ao de um farol de navegação que os astrônomos detectam como pulsos à medida que a rotação do pulsar varre o raio através do céu.
Desde sua descoberta, milhares de pulsares foram descobertos, muitos dos quais produzem feixes de ondas de rádio e raios gama. Alguns pulsares mostram apenas pulsos de rádio, e outros, somente pulsos de raios gama. Observações do Chandra revelaram emissões de raios X mais estáveis vindas de grandes nuvens de partículas de alta energia, chamadas nebulosas de vento de pulsar, associadas a ambos os tipos de pulsares. Novos dados do Chandra sobre nebulosas de vento de pulsar podem explicar a presença ou ausência de pulsos de rádio e raios gama.
Este gráfico de quatro paineis mostra os dois pulsares observados pelo Chandra. Geminga está no alto à esquerda, e B0355+54, no alto, à direita. Em ambas estas imagens os raios X do Chandra, coloridos de azul e púrpura, são combinados com dados de infravermelho do Telescópio Espacial Spitzer da NASA que mostram estrelas no campo de visão. Abaixo de cada imagem de dados, uma concepção artística representa mais detalhes de como os astrônomos acham que a estrutura de cada nebulosa de vento de pulsar aparentam ser.
Para Geminga, uma profunda observação do Chandra perfazendo um total de uns oito dias ao longo de vários anos foi analisada e mostrou extensas trilhas arqueadas espalhando-se por cerca de um ano-luz e uma estreita estrutura diretamente atrás do pulsar. Uma observação do segundo pulsar, B0355+54, feita pelo Chandra durante cinco dias, mostrou uma cápsula de emissões seguida de uma extreira trilha dupla estendendo-se por quase cinco anos-luz.
Os pulsares subjacentes são muito similares, ambos girando cerca de cinco vezes por segundo, e ambos com cerca de meio milhão de anos de idade. Entretanto, Geminga exibe pulsos de raios gama sem emissões brilhantes de rádio, enquanto B0355+54 é um dos mais brilhantes pulsares de rádio até hoje conhecidos não vistos em raios gama.
Uma interpretação provável das imagens do Chandra é a de que as longas trilhas de rádio ao lado de Geminga e a dupla cauda de B0355+54 representam estreitos jatos emanando dos polos de rotação do pulsar. Ambos os pulsares também contêm um toro de emissão espalhando-se a partir do equador de rotação do pulsar. Essas estruturas em formato de disco e os jatos são esmagados e varridos de volta quando os pulsares voam através da galáxia a velocidades supersônicas.
No caso de Geminga, a visão do toro é quase de lado, enquanto os jatos apontam para os lados. B0355+54 tem uma estrutura similar, porém com o toro visto quase de frente, e os jatos apontando quase diretamente na direção e afastando-se da Terra. Em B0355+54, os jatos virados para trás parecem estar quase um sobre o outro, proporcionando a formação de uma cauda duplicada.
Os dois pulsares têm polos magnéticos bem próximos de seus polos de rotação, como é o caso do campo magnético da Terra. Esses polos magnéticos são locais de emissões de pulsares de rádio, portanto, os astrônomos esperam que os feixes de rádio apontem para uma direção similar às dos jatos. Em compensação, a emissão de raios gama é produzida principalmente ao longo do equador de rotação e, assim, alinha-se ao toro.
Para Geminga, astrônomos vêem os pulsos brilhantes de raios gama ao longo da borda do toro, mas os feixes de rádio próximos aos jatos apontam para os lados e permanacem sem ser vistos. Para B0355+54, um jato aponta quase ao longo de nossa linha de visão em direção ao pulsar. Isso significa que os astrônomos vêem os brilhantes pulsos de rádio, enquanto o toro e sua emissão de raios gama associada são voltados para uma direção perpendicular à nossa linha de visão, sem passar pela Terra.
Essas duas produndas imagens do Chandra, portanto, expuseram a orientação de rotação desses pulsares, ajudando a explicar a presença, e a ausência, de pulsos rádio e de raios gama.
Tradução de Luiz Leitão da Cunha
NASA'S Chandra X-ray Observatory has taken deep exposures of two nearby energetic pulsars flying through the Milky Way galaxy. The shape of their X-ray emission suggests there is a geometrical explanation for puzzling differences in behavior shown by some pulsars.
Pulsars − rapidly rotating, highly magnetized, neutron stars born in supernova explosions triggered by the collapse of massive stars − were discovered 50 years ago via their pulsed, highly regular, radio emission. Pulsars produce a lighthouse-like beam of radiation that astronomers detect as pulses as the pulsar's rotation sweeps the beam across the sky.
Since their discovery, thousands of pulsars have been discovered, many of which produce beams of radio waves and gamma rays. Some pulsars show only radio pulses and others show only gamma-ray pulses. Chandra observations have revealed steadier X-ray emission from extensive clouds of high-energy particles, called pulsar wind nebulas, associated with both types of pulsars. New Chandra data on pulsar wind nebulas may explain the presence or absence of radio and gamma-ray pulses.
This four-panel graphic shows the two pulsars observed by Chandra. Geminga is in the upper left and B0355+54 is in the upper right. In both of these images, Chandra’s X-rays, colored blue and purple, are combined with infrared data from NASA’s Spitzer Space Telescope that shows stars in the field of view. Below each data image, an artist’s illustration depicts more details of what astronomers think the structure of each pulsar wind nebula looks like.
For Geminga, a deep Chandra observation totaling nearly eight days over several years was analyzed to show sweeping, arced trails spanning half a light year and a narrow structure directly behind the pulsar. A five-day Chandra observation of the second pulsar, B0355+54, showed a cap of emission followed by a narrow double trail extending almost five light years.
The underlying pulsars are quite similar, both rotating about five times per second and both aged about half a million years. However, Geminga shows gamma-ray pulses with no bright radio emission, while B0355+54 is one of the brightest radio pulsars known yet not seen in gamma rays.
A likely interpretation of the Chandra images is that the long narrow trails to the side of Geminga and the double tail of B0355+54 represent narrow jets emanating from the pulsar’s spin poles. Both pulsars also contain a torus of emission spreading from the pulsar’s spin equator. These disk-shaped structures and the jets are crushed and swept back as the pulsars fly through the Galaxy at supersonic speeds
In the case of Geminga, the view of the torus is close to edge-on, while the jets point out to the sides. B0355+54 has a similar structure, but with the torus viewed nearly face-on and the jets pointing nearly directly towards and away from Earth. In B0355+54, the swept-back jets appear to lie almost on top of each other, giving a doubled tail.
Both pulsars have magnetic poles quite close to their spin poles, as is the case for the Earth’s magnetic field. These magnetic poles are the site of pulsar radio emission so astronomers expect the radio beams to point in a similar direction as the jets. By contrast the gamma-ray emission is mainly produced along the spin equator and so aligns with the torus.
For Geminga, astronomers view the bright gamma-ray pulses along the edge of the torus, but the radio beams near the jets point off to the sides and remain unseen. For B0355+54, a jet points almost along our line of sight towards the pulsar. This means astronomers see the bright radio pulses, while the torus and its associated gamma-ray emission are directed in a perpendicular direction to our line of sight, missing the Earth.
These two deep Chandra images have, therefore, exposed the spin orientation of these pulsars, helping to explain the presence, and absence, of the radio and gamma-ray pulses.
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