Depuis leur découverte à la fin des années 1960, les pulsars ont continué de fasciner les astronomes. Même si des milliers de ces étoiles pulsantes et tournantes ont été observées au cours des cinq dernières décennies, il y a beaucoup de choses qui nous échappent. Par exemple, alors que certains émettent à la fois des impulsions radio et des rayons gamma, d'autres sont limités aux rayonnements radio ou gamma.
Cependant, grâce à une paire d'études de deux équipes internationales d'astronomes, nous pouvons nous rapprocher de comprendre pourquoi cela est. En s'appuyant sur les données collectées par l'Observatoire de rayons X de Chandra sur deux pulsars (Geminga et B0355 + 54), les équipes ont pu montrer comment leurs émissions et la structure sous-jacente de leurs nébuleuses (qui ressemblent à des méduses) pourraient être liées.
Ces études, "Deep Chandra Observations of the Pulsar Wind Nebula Created by PSR B0355 + 54" et "Geminga's Puzzling's Puzzling Pulsar Wind Nebula" ont été publiées dans Le journal astrophysiquel. Pour les deux, les équipes se sont appuyées sur des données radiographiques de l'observatoire de Chandra pour examiner les pulsars Geminga et B0355 + 54 et leurs nébuleuses de vent pulsar (PWN) associées.
Situés respectivement à 800 et 3400 années-lumière de la Terre, les pulsars Geminga et B0355 + 54 sont assez similaires. En plus d'avoir des périodes de rotation similaires (5 fois par seconde), ils ont également environ le même âge (~ 500 millions d'années). Cependant, Geminga n'émet que des impulsions de rayons gamma tandis que B0355 + 54 est l'un des pulsars radio les plus brillants connus, mais n'émet aucun rayon gamma observable.
De plus, leurs PWN sont structurés de manière très différente. Sur la base d'images composites créées à partir de données radiographiques Chandra et de données infrarouges Spitzer, l'une ressemble à une méduse dont les vrilles sont détendues tandis que l'autre ressemble à une méduse fermée et fléchie. Comme Bettina Posselt - associée de recherche principale au Département d'astronomie et d'astrophysique de Penn State, et auteur principal de l'étude Geminga - a déclaré à Space Magazine par e-mail:
«Les données de Chandra ont abouti à deux images très différentes des rayons X des nébuleuses du vent pulsar autour des pulsars Geminga et PSR B0355 + 54. Alors que Geminga a une structure à trois queues distincte, l'image du PSR B0355 + 54 montre une queue large avec plusieurs sous-structures. »
Selon toute vraisemblance, les queues de Geminga et de B0355 + 54 sont des jets étroits émanant des pôles de spin du pulsar. Ces jets sont perpendiculaires au disque en forme de beignet (aka. Un tore) qui entoure les régions équatoriales des pulsars. Comme Noel Klingler, un étudiant diplômé de l'Université George Washington et l'auteur du document B0355 + 54, a déclaré à Space Magazine par e-mail:
«Le milieu interstellaire (ISM) n'est pas un vide parfait, de sorte que ces deux pulsars labourent l'espace à des centaines de kilomètres par seconde, la trace de gaz dans l'ISM exerce une pression, repoussant / pliant ainsi les nébuleuses du vent pulsar derrière les pulsars, comme le montrent les images obtenues par l'observatoire de rayons X de Chandra. »
Leurs structures apparentes semblent être dues à leur disposition par rapport à la Terre. Dans le cas de Geminga, la vue du tore est sur le bord tandis que les jets pointent vers les côtés. Dans le cas du B0355 + 54, le tore est vu de face tandis que les jets pointent à la fois vers et loin de la Terre. De notre point de vue, ces jets semblent être superposés, ce qui donne l'impression d'avoir une double queue. Comme Posselt le décrit:
«Les deux structures peuvent être expliquées avec le même modèle général de nébuleuses de vent pulsar. Les raisons des différentes images sont (a) notre point de vue et (b) la vitesse et l'endroit où se déplace le pulsar. En général, les structures observables de telles nébuleuses de vent pulsar peuvent être décrites avec un tore équatorial et des jets polaires. Le tore et les jets peuvent être affectés (par exemple, les jets courbés) par le «vent de face» du milieu interstellaire dans lequel le pulsar se déplace. Selon notre angle de vision du tore, des jets et du mouvement du pulsar, différentes images sont détectées par l'observatoire aux rayons X de Chandra. La Geminga est vue «de côté» (ou de bord par rapport au tore) avec les jets situés approximativement dans le plan du ciel tandis que pour B0355 + 54, nous regardons presque directement vers l'un des pôles. »
Cette orientation pourrait également aider à expliquer pourquoi les deux pulsars semblent émettre différents types de rayonnement électromagnétique. Fondamentalement, les pôles magnétiques - qui sont proches de leurs pôles de spin - sont d’où les émissions radio d’un pulsar proviendraient. Pendant ce temps, les rayons gamma seraient émis le long de l'équateur de spin d'un pulsar, où se trouve le tore.
«Les images révèlent que nous voyons Geminga de bord (c'est-à-dire en regardant son équateur) parce que nous voyons des rayons X de particules lancées dans les deux jets (qui sont initialement alignés avec les faisceaux radio), qui sont dirigés vers le ciel , et non sur Terre », a déclaré Klingler. «Cela explique pourquoi nous ne voyons que des impulsions de rayons gamma de Geminga. Les images indiquent également que nous regardons B0355 + 54 dans une perspective descendante (c'est-à-dire au-dessus d'un des pôles, en regardant dans les jets). Ainsi, lorsque le pulsar tourne, le centre du faisceau radio balaye la Terre et nous détectons les impulsions; mais les rayons gamma sont lancés directement depuis l'équateur du pulsar, donc nous ne les voyons pas depuis B0355. "
"Les contraintes géométriques sur chaque pulsar (où sont les pôles et l'équateur) des nébuleuses de vent pulsar aident à expliquer les résultats concernant les impulsions radio et gamma de ces deux étoiles à neutrons", a déclaré Posselt. "Par exemple, Geminga semble radio-silencieuse (pas de fortes impulsions radio) parce que nous n'avons pas une vue directe sur les pôles et l'émission radio pulsée serait générée dans une région proche des pôles. Mais Geminga montre de fortes pulsations de rayons gamma, car elles ne sont pas produites aux pôles, mais plus près de la région équatoriale. »
Ces observations faisaient partie d'une campagne plus vaste visant à étudier six pulsars qui ont été vus émettre des rayons gamma. Cette campagne est dirigée par Roger Romani de l'Université de Stanford, avec la collaboration d'astronomes et de chercheurs du GWU (Oleg Kargaltsev), de la Penn State University (George Pavlov) et de l'Université Harvard (Patrick Slane).
Non seulement ces études apportent un éclairage nouveau sur les propriétés des nébuleuses des vents pulsar, mais elles fournissent également des preuves d'observation pour aider les astronomes à créer de meilleurs modèles théoriques des pulsars. De plus, des études comme celles-ci - qui examinent la géométrie des magnétosphères pulsar - pourraient permettre aux astronomes de mieux estimer le nombre total d'étoiles éclatées dans notre galaxie.
En connaissant la plage d'angles à laquelle les pulsars sont détectables, ils devraient être en mesure de mieux estimer la quantité qui n'est pas visible de la Terre. Encore une autre façon dont les astronomes travaillent pour trouver les objets célestes qui pourraient se cacher dans les angles morts de l'humanité!