Desde que foram descobertos no final dos anos 1960, os pulsares continuaram fascinando os astrônomos. Embora milhares dessas estrelas pulsantes e giratórias tenham sido observadas nas últimas cinco décadas, há muita coisa sobre elas que continua a nos iludir. Por exemplo, enquanto alguns emitem pulsos de rádio e raios gama, outros são restritos à radiação de rádio ou raios gama.
No entanto, graças a um par de estudos de duas equipes internacionais de astrônomos, podemos estar chegando mais perto de entender por que isso acontece. Baseando-se nos dados coletados pelo Observatório de Raios-X Chandra de dois pulsares (Geminga e B0355 + 54), as equipes foram capazes de mostrar como suas emissões e a estrutura subjacente de suas nebulosas (que se assemelham a água-viva) poderiam ser relacionadas.
Esses estudos, “Observações Chandra profundas da nebulosa de vento pulsátil criados por PSR B0355 + 54” e “nebulosa de vento pulsante intrigante de Geminga” foram publicados em A Jornada Astrofísicaeu. Para ambos, as equipes usaram dados de raios-X do Observatório Chandra para examinar os pulsares Geminga e B0355 + 54 e suas nebulosas de vento pulsares associadas (PWN).
Localizados a 800 e 3400 anos-luz da Terra (respectivamente), os pulsares Geminga e B0355 + 54 são bastante semelhantes. Além de terem períodos rotacionais semelhantes (5 vezes por segundo), eles também têm a mesma idade (~ 500 milhões de anos). No entanto, Geminga emite apenas pulsos de raios gama, enquanto B0355 + 54 é um dos pulsares de rádio mais brilhantes conhecidos, mas não emite raios gama observáveis.
Além disso, seus PWNs estão estruturados de maneira bem diferente. Com base em imagens compostas criadas usando dados de raios X Chandra e dados de infravermelho Spitzer, um se assemelha a uma água-viva cujos tentáculos são relaxados enquanto o outro se parece com uma água-viva que é fechada e flexionada. Como Bettina Posselt - pesquisadora associada sênior do Departamento de Astronomia e Astrofísica da Penn State e principal autora do estudo Geminga - disse à Space Magazine por e-mail:
“Os dados do Chandra resultaram em duas imagens de raios X muito diferentes das nebulosas do vento pulsar ao redor dos pulsares Geminga e PSR B0355 + 54. Enquanto Geminga tem uma estrutura distinta de três caudas, a imagem do PSR B0355 + 54 mostra uma cauda larga com várias subestruturas. ”
Com toda a probabilidade, as caudas de Geminga e B0355 + 54 são jatos estreitos que emanam dos pólos de rotação do pulsar. Esses jatos ficam perpendiculares ao disco em forma de anel (também conhecido como toro) que circunda as regiões equatoriais dos pulsares. Como Noel Klingler, estudante de pós-graduação da Universidade George Washington e autor do artigo B0355 + 54, disse à Space Magazine por e-mail:
“O meio interestelar (ISM) não é um vácuo perfeito; portanto, como esses dois pulsares percorrem o espaço a centenas de quilômetros por segundo, a quantidade vestigial de gás no ISM exerce pressão, empurrando / curvando as nebulosas do vento pulsar. atrás dos pulsares, como é mostrado nas imagens obtidas pelo Observatório de raios-X Chandra. ”
Suas estruturas aparentes parecem ser devidas à sua disposição em relação à Terra. No caso de Geminga, a visão do toro é de ponta a ponta, enquanto os jatos apontam para os lados. No caso de B0355 + 54, o toro é visto de frente enquanto os jatos apontam para e para longe da Terra. Do nosso ponto de vista, esses jatos parecem que estão em cima um do outro, o que faz com que pareça ter uma cauda dupla. Como Posselt descreve:
“Ambas as estruturas podem ser explicadas com o mesmo modelo geral de nebulosas de vento pulsar. As razões para as diferentes imagens são (a) nossa perspectiva de visualização e (b) quão rápido e para onde o pulsar está se movendo. Em geral, as estruturas observáveis de tais nebulosas de vento pulsar podem ser descritas com um toro equatorial e jatos polares. Toros e jatos podem ser afetados (por exemplo, jatos dobrados) pelo "vento frontal" do meio interestelar em que o pulsar está se movendo. Dependendo do ângulo de visão do toro, dos jatos e do movimento do pulsar, diferentes imagens são detectadas por o observatório de raios X Chandra. Geminga é vista “de lado” (ou de ponta em relação ao toro) com os jatos localizados aproximadamente no plano do céu, enquanto no B0355 + 54 olhamos quase diretamente para um dos polos ”.
Essa orientação também pode ajudar a explicar por que os dois pulsares parecem emitir diferentes tipos de radiação eletromagnética. Basicamente, os pólos magnéticos - que estão próximos dos pólos de rotação - são de onde se acredita que as emissões de rádio de um pulsar venham. Enquanto isso, acredita-se que os raios gama sejam emitidos ao longo do equador de rotação de um pulsar, onde o toro está localizado.
“As imagens revelam que vemos Geminga de ponta a ponta (ou seja, olhando seu equador) porque vemos raios-X de partículas lançadas nos dois jatos (que estão inicialmente alinhados com os raios de rádio), que são apontados para o céu e não na Terra ”, disse Klingler. “Isso explica por que só vemos pulsos de raios gama de Geminga. As imagens também indicam que estamos olhando para B0355 + 54 de uma perspectiva de cima para baixo (ou seja, acima de um dos polos, olhando para os jatos). Assim, à medida que o pulsar gira, o centro do feixe de rádio varre a Terra e detectamos os pulsos; mas os raios gama são lançados diretamente do equador do pulsar, por isso não os vemos no B0355. "
"As restrições geométricas em cada pulsar (onde estão os pólos e o equador) das nebulosas do vento pulsar ajudam a explicar as descobertas sobre os pulsos de rádio e raios gama dessas duas estrelas de nêutrons", disse Posselt. "Por exemplo, Geminga parece silencioso por rádio (sem pulsos de rádio fortes) porque não temos uma visão direta dos pólos e acredita-se que a emissão de rádio por pulso seja gerada em uma região próxima aos pólos. Mas Geminga mostra fortes pulsações de raios gama, porque elas não são produzidas nos pólos, mas mais próximas da região equatorial. ”
Essas observações fizeram parte de uma campanha maior para estudar seis pulsares que emitem raios gama. Esta campanha está sendo liderada por Roger Romani, da Universidade de Stanford, com a colaboração de astrônomos e pesquisadores da GWU (Oleg Kargaltsev), da Penn State University (George Pavlov) e da Harvard University (Patrick Slane).
Esses estudos não apenas lançam nova luz sobre as propriedades das nebulosas de vento pulsar, mas também fornecem evidências observacionais para ajudar os astrônomos a criar melhores modelos teóricos de pulsares. Além disso, estudos como esses - que examinam a geometria das magnetosferas pulsares - podem permitir aos astrônomos estimar melhor o número total de estrelas explodidas em nossa galáxia.
Ao conhecer o intervalo de ângulos nos quais os pulsares são detectáveis, eles devem ser capazes de estimar melhor a quantidade que não é visível da Terra. Mais uma maneira pela qual os astrônomos estão trabalhando para encontrar os objetos celestes que podem estar à espreita nos pontos cegos da humanidade!
