Voor het eerst zijn wetenschappers rechtstreeks getuige geweest van de vorming van een magnetar – een ongelooflijk krachtige, snel draaiende neutronenster met een intens magnetisch veld – tijdens een superlumineuze supernova. Deze doorbraak, waargenomen in de verre explosie die bekend staat als SN 2024afav (ongeveer een miljard lichtjaar van de aarde), bevestigt een lang gekoesterde theorie over de motoren die enkele van de helderste sterfgevallen in het universum aandrijven. De waarnemingen, die gedurende 200 dagen zijn gedocumenteerd met behulp van een wereldwijd netwerk van telescopen, leveren overtuigend bewijs dat magnetars een cruciale rol spelen bij het aandrijven van deze extreme kosmische gebeurtenissen.
Het bijzondere gedrag van de supernova
SN 2024afav was al opmerkelijk vanwege zijn helderheid en overtrof typische supernovae met minstens een factor tien. Wat hem echter echt onderscheidde, was zijn ongebruikelijke helderheidspatroon: in plaats van te vervagen zoals verwacht, vertoonde de supernova vier duidelijke helderheidsschommelingen, waarbij de tijd tussen elke oscillatie afnam. Dit gedrag bracht astronomen in verwarring totdat een team onder leiding van Joseph Farah van UC Santa Barbara de principes van de algemene relativiteitstheorie toepaste om het fenomeen te verklaren.
Een wiebelende accretieschijf
De sleutel ligt in de vorming van een accretieschijf rond de pasgeboren magnetar. Terwijl materiaal van de supernova-explosie naar binnen spiraalt, vormt het een schijf die vrijwel zeker niet goed is uitgelijnd met de rotatie-as van de magnetar. Volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie sleept een ronddraaiend object de ruimtetijd met zich mee. Dit effect, bekend als Lense-Thirring-precessie, zorgt ervoor dat de accretieschijf wiebelt.
Deze wiebel werkt als een knipperende richtingaanwijzer, die het intense licht van de magnetar met tussenpozen blokkeert en reflecteert. Naarmate de schijf dichterbij komt, wiebelt hij sneller, wat de afnemende intervallen tussen helderheidspieken verklaart. Dit model, bevestigd door maandenlange berekeningen, biedt eindelijk een directe link tussen magnetars en superlumineuze supernova’s.
Bevestiging van een 16 jaar oude theorie
De bevindingen valideren een hypothese die in 2008 werd voorgesteld door Dan Kasen van UC Berkeley. Kasen theoretiseerde dat magnetars – de overblijfselen van sterren die te massief zijn om zwarte gaten te worden maar nog steeds krachtig genoeg zijn om sterke magnetische velden vast te houden – de buitengewone helderheid van bepaalde supernovae zouden kunnen voeden.
Magnetars bezitten magnetische velden die 100 tot 1.000 keer sterker zijn dan typische neutronensterren (pulsars) en draaien met meer dan 1.000 rotaties per seconde. Hun snelle rotatie versnelt geladen deeltjes tot bijna de lichtsnelheid, waardoor botsingen met supernova-puin ontstaan die de helderheid van de explosie versterken.
Implicaties voor astrofysica
Dit is meer dan alleen het observeren van een zeldzame gebeurtenis; het vertegenwoordigt een fundamentele verschuiving in ons begrip van stellaire dood. “Het is de eerste keer dat de algemene relativiteitstheorie nodig is om de werking van een supernova te beschrijven”, aldus Farah. Hoewel magnetars niet de enige verklaring zijn voor alle superlumineuze supernovae (schokgolfinteracties en verkeerd uitgelijnde accretieschijven van zwarte gaten spelen ook een rol), levert deze ontdekking onweerlegbaar bewijs voor hun belang.
De studie onderstreept de kracht van het combineren van baanbrekende observatiegegevens met theoretische kaders zoals de algemene relativiteitstheorie om de mysteries van de kosmos te ontrafelen. Farah concludeerde: “Dit is de wetenschap waar ik als kind van droomde.”
