Pour la première fois, des astronomes ont assisté à la naissance d'un magnétar – une étoile à neutrons extrêmement magnétique et tournant rapidement – confirmant que ces objets exotiques peuvent alimenter certaines des explosions stellaires les plus brillantes jamais observées. La découverte valide également une théorie proposée il y a 16 ans par un physicien de l'UC Berkeley et révèle un « chirp » distinctif dans la lumière de certaines étoiles en explosion qui ne peut être expliqué qu'en utilisant la relativité générale d'Einstein. La recherche a été publiée dans la revue Nature.

Les supernovae superlumineuses font partie des explosions les plus spectaculaires de l'univers, brillant 10 fois ou plus que les supernovae ordinaires. Depuis que les astronomes les ont identifiées pour la première fois au début des années 2000, ils ont eu du mal à expliquer pourquoi ces explosions restent intensément brillantes longtemps après l'effondrement du noyau de fer d'une étoile massive et l'éjection de ses couches externes dans l'espace. En 2010, l'astrophysicien théoricien de l'UC Berkeley, Dan Kasen, a proposé que la réponse était un magnétar nouveau-né. Sa théorie soutenait que lorsqu'une énorme étoile atteint la fin de sa vie, son noyau peut s'effondrer en une étoile à neutrons incroyablement dense au lieu de devenir un trou noir. Si cette étoile d'origine possédait un champ magnétique puissant, l'effondrement l'amplifierait considérablement, produisant un magnétar avec un champ magnétique 100 à 1 000 fois plus fort que celui d'un pulsar typique. Bien que les pulsars et les magnétars ne mesurent qu'environ 16 kilomètres de diamètre, les jeunes magnétars peuvent tourner plus de 1 000 fois par seconde.

L'étudiant diplômé Joseph Farah de l'UC Santa Barbara et de l'Observatoire Las Cumbres (LCO) a trouvé la preuve la plus solide à ce jour de cette théorie après avoir étudié une supernova découverte en 2024, connue sous le nom de SN 2024afav. Farah et ses collègues ont conclu que des bosses inhabituelles dans la courbe de lumière de la supernova fournissent une preuve directe qu'un magnétar s'est formé lors de l'explosion. « Ce qui est vraiment excitant, c'est qu'il s'agit d'une preuve définitive de la formation d'un magnétar à la suite de l'effondrement du noyau d'une supernova superlumineuse », a déclaré Alex Filippenko, professeur distingué d'astronomie à l'UC Berkeley et coauteur de l'étude. Kasen a déclaré que les chercheurs soupçonnaient depuis longtemps qu'un magnétar caché alimentait ces explosions extraordinaires. « Pendant des années, l'idée du magnétar a semblé presque comme un tour de magie de théoricien – cacher un moteur puissant derrière des couches de débris de supernova », a-t-il déclaré. « Le chirp dans ce signal de supernova, c'est comme si ce moteur tirait le rideau et révélait qu'il est vraiment là. »

Après la découverte de SN 2024afav en décembre 2024, l'Observatoire Las Cumbres a surveillé l'explosion pendant plus de 200 jours. La supernova s'est produite à environ un milliard d'années-lumière de la Terre. Farah et l'astronome de l'UCSB, Andy Howell, ont remarqué quelque chose d'inhabituel : après que la supernova a atteint sa luminosité maximale environ 50 jours après l'explosion, sa luminosité a augmenté et diminué à plusieurs reprises, créant quatre bosses distinctes dans la courbe de lumière. Farah a comparé le motif à la hausse croissante du chant d'un oiseau. Le modèle de Farah suggère qu'une partie de la matière projetée vers l'extérieur par l'explosion est ensuite retombée vers le magnétar nouveau-né, formant un disque d'accrétion. Parce que ce disque était probablement incliné par rapport à la rotation du magnétar, la théorie d'Einstein prédit que l'étoile à neutrons en rotation rapide entraînerait avec elle le tissu environnant de l'espace-temps, produisant un phénomène appelé précession de Lense-Thirring. Cet effet fait vaciller le disque incliné, et alors que le disque vacillant bloque et réfléchit périodiquement la lumière du magnétar, le système se comporte comme un phare cosmique clignotant. Au fil du temps, le disque spiral vers l'intérieur, accélérant le vacillement, produisant le « chirp » distinctif. « Nous avons testé plusieurs idées, y compris des effets purement newtoniens et une précession entraînée par les champs magnétiques du magnétar, mais seule la précession de Lense-Thirring correspondait parfaitement au timing », a déclaré Farah. « C'est la première fois que la relativité générale est nécessaire pour décrire la mécanique d'une supernova. »

L'équipe a également estimé que l'étoile à neutrons tourne une fois