Po raz pierwszy naukowcy byli świadkami powstawania magnetara – niezwykle potężnej, szybko wirującej gwiazdy neutronowej o intensywnym polu magnetycznym – podczas nienormalnie jasnej supernowej. Ten przełom, uchwycony podczas eksplozji znanej jako SN 2024afav (około miliarda lat świetlnych od Ziemi), potwierdza długoletnią teorię dotyczącą mechanizmów powodujących jedne z najjaśniejszych śmierci gwiazd we Wszechświecie. Obserwacje dokumentowane przez ponad 200 dni przy użyciu globalnej sieci teleskopów dostarczają przekonujących dowodów na to, że magnetary odgrywają kluczową rolę w napędzaniu tych ekstremalnych kosmicznych wydarzeń.
Specjalne zachowanie supernowej
SN 2024afav wyróżniała się już jasnością, przekraczającą typowe supernowe co najmniej dziesięciokrotnie. Jednak tym, co naprawdę ją wyróżniało, był niezwykły wzór jasności: zamiast zanikać zgodnie z oczekiwaniami, supernowa wykazywała cztery wyraźne wahania jasności, a czas pomiędzy każdą pulsacją malał. To zachowanie dziwiło astronomów do czasu, gdy zespół kierowany przez Josepha Faraha z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara nie zastosował zasad ogólnej teorii względności do wyjaśnienia tego zjawiska.
Kołysząc się Dysk Akrecyjny
Klucz leży w utworzeniu dysku akrecyjnego wokół nowonarodzonego magnetara. Gdy materia supernowej wiruje spiralnie do wewnątrz, tworzy dysk, który prawie na pewno nie jest połączony z osią obrotu magnetara. Według ogólnej teorii względności Einsteina obracający się obiekt ciągnie ze sobą czasoprzestrzeń. Efekt ten, znany jako precesja Lense-Thirringa, powoduje wahanie dysku akrecyjnego.
To wahanie działa jak migający kierunkowskaz, okresowo blokując i odbijając intensywne światło magnetara. W miarę zbliżania się dysku, kołysze się szybciej, co odpowiada malejącym odstępom między szczytami jasności. Model ten, wsparty wielomiesięcznymi obliczeniami, w końcu ustanawia bezpośrednie połączenie między magnetarami i supernowymi o anomalnej jasności.
Potwierdzenie 16-letniej teorii
Wyniki potwierdzają hipotezę zaproponowaną w 2008 roku przez Dana Kasena z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Kasen wysunął teorię, że magnetary – pozostałości gwiazd zbyt masywne, aby stać się czarnymi dziurami, ale wystarczająco potężne, aby utrzymać silne pole magnetyczne – mogą napędzać niezwykłą jasność niektórych supernowych.
Magnetary mają pole magnetyczne 100–1000 razy silniejsze niż typowe gwiazdy neutronowe (pulsary) i obracają się z prędkością ponad 1000 obrotów na sekundę. Ich szybki obrót przyspiesza naładowane cząstki do prędkości bliskiej prędkości światła, powodując zderzenia z pozostałościami supernowych, które zwiększają jasność eksplozji.
Implikacje dla astrofizyki
Nie chodzi tu tylko o obserwację rzadkiego wydarzenia; jest to fundamentalna zmiana w naszym rozumieniu śmierci gwiezdnej. „Po raz pierwszy do opisu mechaniki supernowej potrzebna była ogólna teoria względności” – powiedziała Farah. Chociaż magnetary nie są jedynym wyjaśnieniem wszystkich supernowych o anomalnej jasności (interakcje fal uderzeniowych i dyski akrecyjne z źle umiejscowionymi czarnymi dziurami również odgrywają rolę), to odkrycie dostarcza przekonujących dowodów na ich znaczenie.
Badanie podkreśla siłę łączenia najnowocześniejszych danych obserwacyjnych z ramami teoretycznymi, takimi jak ogólna teoria względności, w odkrywaniu tajemnic kosmosu. Jak podsumowała Farah: „To jest nauka, o której marzyłam jako dziecko”.
