Astronomen haben zum ersten Mal die Geburt eines Magnetars beobachtet – eines extrem magnetischen, schnell rotierenden Neutronensterns – und damit bestätigt, dass diese exotischen Objekte einige der hellsten stellaren Explosionen antreiben können, die je gesehen wurden. Die Entdeckung bestätigt zudem eine Theorie, die vor 16 Jahren von einem Physiker der UC Berkeley aufgestellt wurde, und enthüllt ein charakteristisches „Chirpen“ im Licht bestimmter explodierender Sterne, das nur mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie erklärt werden kann. Die Forschung wurde in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Superleuchtkräftige Supernovae gehören zu den spektakulärsten Explosionen im Universum und leuchten zehn- oder mehrfach heller als gewöhnliche Supernovae. Seit Astronomen sie Anfang der 2000er Jahre erstmals identifizierten, rätseln sie, warum diese Explosionen noch lange hell bleiben, nachdem der Eisenkern eines massereichen Sterns kollabiert ist und seine äußeren Schichten ins All geschleudert hat. Bereits 2010 schlug der theoretische Astrophysiker Dan Kasen von der UC Berkeley vor, dass die Antwort ein neugeborener Magnetar sei. Seine Theorie besagte, dass der Kern eines riesigen Sterns am Ende seines Lebens zu einem unglaublich dichten Neutronenstern kollabieren kann, anstatt zu einem Schwarzen Loch zu werden. Besaß der ursprüngliche Stern ein starkes Magnetfeld, würde der Kollaps es dramatisch verstärken und einen Magnetar mit einem 100- bis 1000-mal stärkeren Magnetfeld als das eines typischen Pulsars erzeugen. Obwohl sowohl Pulsare als auch Magnetare nur etwa 16 Kilometer Durchmesser haben, können junge Magnetare mehr als 1000 Mal pro Sekunde rotieren.

Der Doktorand Joseph Farah von der UC Santa Barbara und dem Las Cumbres Observatory (LCO) fand den bislang stärksten Beweis für diese Theorie, nachdem er eine 2024 entdeckte Supernova namens SN 2024afav untersuchte. Farah und seine Kollegen kamen zu dem Schluss, dass ungewöhnliche Buckel in der Lichtkurve der Supernova direkte Beweise dafür liefern, dass während der Explosion ein Magnetar entstand. „Das wirklich Aufregende ist, dass dies ein eindeutiger Beweis dafür ist, dass ein Magnetar als Ergebnis des Kollapses eines superleuchtkräftigen Supernova-Kerns entsteht“, sagte Alex Filippenko, angesehener Professor für Astronomie an der UC Berkeley und Koautor der Studie. Kasen sagte, Forscher hätten lange vermutet, dass ein verborgener Magnetar diese außergewöhnlichen Explosionen antreibt. „Jahrelang fühlte sich die Magnetar-Idee fast wie ein Zaubertrick eines Theoretikers an – einen leistungsstarken Motor hinter Schichten von Supernova-Trümmern zu verstecken“, sagte er. „Das Chirpen in diesem Supernova-Signal ist, als ob dieser Motor den Vorhang zurückzieht und enthüllt, dass er wirklich da ist.“

Nachdem SN 2024afav im Dezember 2024 entdeckt wurde, überwachte das Las Cumbres Observatory die Explosion mehr als 200 Tage lang. Die Supernova ereignete sich etwa eine Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt. Farah und der UCSB-Astronom Andy Howell bemerkten etwas Ungewöhnliches: Nachdem die Supernova etwa 50 Tage nach der Explosion ihre maximale Helligkeit erreicht hatte, stieg und fiel ihre Helligkeit wiederholt, was vier deutliche Buckel in der Lichtkurve erzeugte. Farah verglich das Muster mit der steigenden Tonhöhe eines Vogelgezwitschers. Farahs Modell legt nahe, dass ein Teil des durch die Explosion nach außen geschleuderten Materials später zum neugeborenen Magnetar zurückfiel und eine Akkretionsscheibe bildete. Da diese Scheibe wahrscheinlich relativ zur Rotation des Magnetars geneigt war, sagt Einsteins Theorie voraus, dass der schnell rotierende Neutronenstern das umgebende Raum-Zeit-Gefüge mit sich zieht, ein Phänomen namens Lense-Thirring-Präzession. Dieser Effekt führt dazu, dass die geneigte Scheibe taumelt, und während die taumelnde Scheibe periodisch das Licht des Magnetars blockiert und reflektiert, verhält sich das System wie ein blinkender kosmischer Leuchtturm. Im Laufe der Zeit spiralisiert die Scheibe nach innen, wodurch das Taumeln schneller wird und das charakteristische „Chirpen“ entsteht. „Wir haben mehrere Ideen getestet, darunter rein newtonsche Effekte und durch die Magnetfelder des Magnetars angetriebene Präzession, aber nur die Lense-Thirring-Präzession passte perfekt zum Timing“, sagte Farah. „Es ist das erste Mal, dass die allgemeine Relativitätstheorie benötigt wurde, um die Mechanik einer Supernova zu beschreiben.“

Das Team schätzte auch, dass der Neutronenstern einmal pro