自从50年前首次发现脉冲星以来，它就像宇宙中的灯塔一样，以能量爆发横扫宇宙，令天文学家们既着迷又困惑。在两项研究中，国际天文学家团队提出，美国宇航局钱德拉x射线天文台最近拍摄的两颗脉冲星——Geminga和B0355+54——的图像可能有助于揭示脉冲星独特的发射特征，以及它们经常令人困惑的几何形状。
脉冲星是一种中子星，当大质量恒星坍塌时，在超新星爆炸中诞生。最初是由类似灯塔的射电束发现的，最近的研究发现高能脉冲星也会产生高能伽马射线束。
有趣的是，光束很少匹配，宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学高级助理研究员贝蒂娜·波塞尔特说。所观测到的射电脉冲和伽马射线脉冲的形状通常是非常不同的，有些物体只显示一种或另一种类型的脉冲。这些差异引发了关于脉冲星模型的争论。
Posselt说:“我们还没有完全理解为什么不同脉冲星之间会有差异。”“的一个主要的想法是,脉冲与几何差异有很多,它也取决于脉冲星的自转和磁轴面向对视线你是否看到某些脉冲星,以及你如何看待他们。”
波塞特说，钱德拉的图像让天文学家比以往任何时候都更近地观察了带电粒子风以x射线和其他波长辐射的独特几何形状。脉冲星在太空中以每秒数百公里的速度快速旋转。脉冲星风星云(PWN)产生高能粒子从脉冲星在恒星的磁场,形成tori -环状的戒指在脉冲星的赤道平面沿旋转轴和喷气,经常扫回长尾脉冲星的迅速穿过星际介质。
“这是我们对脉冲星风星云的更广泛研究中最好的结果之一，”斯坦福大学物理学教授、钱德拉PWN项目首席研究员罗杰·w·罗马尼(Roger W. Romani)说。“通过使这些风的三维结构可见，我们已经展示了如何追溯中心脉冲星注入的等离子体。钱德拉惊人的x射线敏锐度对这项研究至关重要，所以我们很高兴能够进行深度曝光，使这些微弱的结构可见。”
在Geminga脉冲星周围可以看到壮观的PWN。波塞特说，Geminga是距离地球最近的脉冲星之一，距离地球只有800光年，它有三条不同寻常的彗尾。从所谓的“双子座”两极(或称“侧尾”)喷出的粒子流延伸超过半光年，比太阳和冥王星之间距离的1000倍还要长。另一条较短的尾巴也来自脉冲星。
天文学家们说，在另一颗脉冲星B0355+54的x射线图像中可以看到一个非常不同的PWN图像，这颗脉冲星距离地球约3300光年。这颗脉冲星的尾部有一个发射帽，接着是一条狭窄的双尾，延伸到离恒星近5光年的地方。
虽然Geminga在伽马射线光谱中显示脉冲，但射电安静，B0355+54是最亮的射电脉冲星之一，但没有显示伽马射线。
Posselt说:“彗尾似乎告诉了我们为什么会这样。”Posselt补充说，脉冲星的自转轴和磁轴方向影响着在地球上看到的辐射。
据Posselt说，Geminga的磁极可能非常接近物体的顶部和底部，并且自旋极几乎对齐，就像地球一样。B0355+54的磁极之一可以直接面对地球。她说，因为无线电发射发生在磁极附近，无线电波可能会指向喷流的方向。另一方面，伽马射线发射是在更高的高度和更大的区域产生的，这使得各自的脉冲可以扫过天空的更大区域。
Posselt说:“对于Geminga，我们可以看到明亮的伽马射线脉冲和脉冲星风星云环面边缘，但喷流附近的射电束却指向侧面，无法看到。”
强烈弯曲的侧尾为天文学家提供了脉冲星几何形状的线索，可以将其与冲向太空的喷射尾迹或类似于子弹在空中发射时产生的冲击波的弓形激波进行比较。
参与B0355+54研究的乔治华盛顿大学物理学助理教授Oleg Kargaltsev表示，B0355+54的方向在天文学家观测脉冲星的过程中也发挥了作用。这项研究可以在arXiv网站上找到。
Kargaltsev说:“对于B0355+54，有一股喷流几乎指向我们，所以我们探测到明亮的无线电脉冲，而大多数伽马射线发射是指向天空平面的，没有对准地球。”“这意味着脉冲星的自转轴方向接近我们的视线方向，脉冲星几乎是垂直于它的自转轴运动。”
诺埃尔·克林格勒是乔治华盛顿大学物理学研究生研究助理，也是B0355+54论文的主要作者，他补充说，对于不同的脉冲星来说，三个矢量——自转轴、视线和速度——之间的角度是不同的，因此影响了它们星云的外观。
Klingler说:“特别是，如果脉冲星靠近我们的视线，并且在自转轴和我们的视线之间有一个小角度，那么从脉冲星上探测到PWN可能会很棘手。”
在对Geminga x射线数据的弓形激波解释中，Geminga的两条长尾和它们不同寻常的光谱可能表明，这些粒子通过一个叫做费米加速的过程被加速到接近光速。据研究人员称，费米加速度发生在脉冲星风和星际物质的交叉点，他们在最新一期的《科学》杂志上报道了他们对Geminga的发现天体物理学杂志》上．
尽管对于Geminga的几何学仍然有不同的解释，Posselt说钱德拉的脉冲星图像正在帮助天体物理学家将脉冲星作为粒子物理实验室。研究这些物体使天体物理学家有机会在地球上的粒子加速器无法复制的条件下研究粒子物理学。
她说:“在这两种情况下，Geminga都为脉冲星风星云及其与周围星际物质相互作用的加速物理学提供了令人兴奋的新约束。”
了下:航空+国防
