钱德拉（Chandra）揭示了脉冲星行为令人困惑的几何解释

钱德拉（Chandra）的新X射线图像显示了两个脉冲星周围结构的明显不同的形状。通过研究这些结构的形状和方向，天文学家可能能够解释这些系统是否存在无线电和伽马射线脉冲。

美国国家航空航天局（NASA）的钱德拉（Chandra）X射线天文台已拍摄了附近两个在银河系中飞行的高能脉冲星的深度曝光。它们的X射线发射的形状表明，对于某些脉冲星所表现出的令人困惑的行为差异，存在几何解释。

脉冲−星在50年前通过脉冲，高度规则的无线电发射被发现，这些脉冲星是由大质量恒星坍−缩引发的超新星爆炸而产生的快速旋转，高度磁化的中子星。脉冲星产生类似于灯塔的辐射束，当脉冲星的旋转将光束扫过整个天空时，天文学家将其探测为脉冲。

自发现以来，已经发现了数千个脉冲星，其中许多脉冲星会产生无线电波和伽马射线。一些脉冲星仅显示无线电脉冲，而其他脉冲星仅显示伽马射线脉冲。钱德拉（Chandra）的观测揭示了来自与两种脉冲星相关的被称为脉冲星风星云的高能粒子的广泛云层发出的X射线稳定辐射。关于脉冲星风星云的新钱德拉数据可能解释了无线电和伽马射线脉冲的存在与否。

此四面板图形显示了钱德拉观测到的两个脉冲星。Geminga在左上方，B0355 + 54在右上方。在这两个图像中，钱德拉的X射线（蓝色和紫色）​​与NASA的Spitzer太空望远镜的红外数据相结合，该红外数据在视场中显示了恒星。在每幅数据图像的下方，一位艺术家的插图描绘了天文学家认为每个脉冲星状风云的结构的更多细节。

对于Geminga，分析了Chandra在几年中共进行了近八天的深层观测，以显示横扫半个光年的弧形小径和脉冲星正后方的狭窄结构。Chandra对第二个脉冲星B0355 + 54进行了五天观察，结果显示了发射上限，随后是一条狭窄的双轨迹，延伸了将近五个光年。

潜在的脉​​冲星非常相似，两者每秒旋转约五次，并且都老化了大约一百万年。但是，Geminga显示的伽马射线脉冲没有明亮的无线电发射，而B0355 + 54是已知的但尚未在伽马射线中看到的最明亮的无线电脉冲星之一。

Chandra图像的一种可能解释是，长出的狭窄小径通往盖明加一侧，而B0355 + 54的双尾巴则代表了来自脉冲星自旋极的狭窄喷流。这两个脉冲星还包含一个从脉冲星自旋赤道传播的发射圆环。当脉冲星以超音速速度飞过银河时，这些盘状结构和喷流被压碎并扫回

就Geminga而言，圆环的视线接近边缘，而射流则指向侧面。B0355 + 54具有类似的结构，但圆环几乎面朝上看，喷流几乎直接指向或远离地球。在B0355 + 54中，后掠式喷气机似乎几乎彼此叠置，尾巴加倍。

两个脉冲星的磁极都非常接近其自旋极，就像地球磁场一样。这些磁极是脉冲星无线电发射的地点，因此天文学家希望无线电束指向与射流相似的方向。相比之下，伽马射线发射主要沿着自旋赤道产生，因此与圆环对齐。

对于盖明加来说，天文学家沿着圆环的边缘观察到了明亮的伽马射线脉冲，但是射流附近的无线电射束指向侧面并且看不见。对于B0355 + 54，射流几乎沿着我们的视线指向脉冲星。这意味着天文学家会看到明亮的无线电脉冲，而圆环及其相关的伽马射线发射则指向垂直于我们视线的方向，从而错过了地球。

因此，这两个深的Chandra图像暴露了这些脉冲星的自旋方向，有助于解释无线电脉冲和伽马射线脉冲的存在与否。

Chandra对Geminga和B0355 + 54的观测是斯坦福大学罗杰·罗曼尼（Roger Romani）领导的一项大型运动的一部分，该运动研究了六个被发射出伽马射线的脉冲星。该调查样本涵盖了各种年龄，旋转特性和预期的倾斜度，使其成为脉冲星发射模型的有力测试。

由宾夕法尼亚州立大学的Bettina Posselt领导的有关Geminga的论文被接受在《天体物理学杂志》上发表，并可以在线获取。由乔治华盛顿大学的诺埃尔·克林格勒（Noel Klingler）领导的有关B0355 + 54的论文发表于2016年12月20日的《天体物理学杂志》上，可在线获取。NASA位于阿拉巴马州汉斯维尔的马歇尔太空飞行中心负责管理NASA华盛顿州科学任务局的Chandra计划。位于马萨诸塞州剑桥市的史密森尼天体物理天文台控制着钱德拉的科学和飞行业务。

图片来源：Geminga图片：NASA / CXC / PSU / B。Posselt等；红外线的：NASA / JPL-Caltech； B0355 + 54：X射线：NASA / CXC / GWU / N。克林格勒等。红外线的：NASA / JPL-Caltech；插图：Nahks TrEhnl