Astronomen hebben voor het eerst de geboorte van een magnetar waargenomen - een extreem magnetische, snel ronddraaiende neutronenster - waarmee wordt bevestigd dat deze exotische objecten sommige van de helderste stellaire explosies ooit kunnen aandrijven. De ontdekking bevestigt ook een theorie die 16 jaar geleden voor het eerst werd voorgesteld door een natuurkundige van UC Berkeley en onthult een kenmerkende 'chirp' in het licht van bepaalde exploderende sterren die alleen kan worden verklaard met Einsteins algemene relativiteitstheorie. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Superlichtgevende supernova's behoren tot de meest spectaculaire explosies in het universum en schijnen 10 of meer keer helderder dan gewone supernova's. Sinds astronomen ze begin jaren 2000 voor het eerst identificeerden, hebben ze moeite gehad om te verklaren waarom deze explosies langdurig intens helder blijven nadat de ijzeren kern van een massieve ster instort en zijn buitenste lagen de ruimte in blaast. In 2010 stelde Dan Kasen, theoretisch astrofysicus aan UC Berkeley, voor dat het antwoord een pasgeboren magnetar was. Zijn theorie stelde dat wanneer een enorme ster het einde van zijn leven bereikt, zijn kern kan instorten tot een ongelooflijk dichte neutronenster in plaats van een zwart gat te worden. Als die oorspronkelijke ster een krachtig magnetisch veld bezat, zou de ineenstorting dit dramatisch versterken, wat een magnetar produceert met een magnetisch veld dat 100 tot 1000 keer sterker is dan dat van een typische pulsar. Hoewel zowel pulsars als magnetars slechts ongeveer 16 kilometer in doorsnee zijn, kunnen jonge magnetars meer dan 1000 keer per seconde ronddraaien.

Promovendus Joseph Farah van UC Santa Barbara en Las Cumbres Observatory (LCO) vond het sterkste bewijs tot nu toe voor deze theorie na het bestuderen van een supernova die in 2024 werd ontdekt, bekend als SN 2024afav. Farah en zijn collega's concludeerden dat ongebruikelijke bobbels in de lichtcurve van de supernova direct bewijs leveren dat er tijdens de explosie een magnetar is gevormd. 'Wat echt opwindend is, is dat dit definitief bewijs is voor een magnetar die ontstaat als gevolg van de ineenstorting van de kern van een superlichtgevende supernova,' zei Alex Filippenko, onderscheiden hoogleraar astronomie aan UC Berkeley en co-auteur van de studie. Kasen zei dat onderzoekers al lang vermoedden dat een verborgen magnetar deze buitengewone explosies aandreef. 'Jarenlang voelde het magnetar-idee bijna als een goocheltruc van een theoreticus - een krachtige motor verbergen achter lagen supernovaresten,' zei hij. 'De chirp in dit supernovasignaal is alsof die motor het gordijn opentrekt en onthult dat hij er echt is.'

Nadat SN 2024afav in december 2024 werd ontdekt, volgde Las Cumbres Observatory de explosie meer dan 200 dagen lang. De supernova vond plaats op ongeveer een miljard lichtjaar van de aarde. Farah en UCSB-astronoom Andy Howell merkten iets ongewoons op: nadat de supernova ongeveer 50 dagen na de explosie zijn maximale helderheid had bereikt, steeg en daalde de helderheid herhaaldelijk, waardoor vier duidelijke bobbels in de lichtcurve ontstonden. Farah vergeleek het patroon met de stijgende toonhoogte van een vogelchirp. Farah's model suggereert dat een deel van het materiaal dat door de explosie naar buiten werd geblazen, later terugviel naar de pasgeboren magnetar en een accretieschijf vormde. Omdat deze schijf waarschijnlijk gekanteld was ten opzichte van de rotatie van de magnetar, voorspelt Einsteins theorie dat de snel ronddraaiende neutronenster de omringende ruimtetijd met zich mee zou slepen, wat een fenomeen veroorzaakt dat Lense-Thirring-precessie wordt genoemd. Dit effect zorgt ervoor dat de gekantelde schijf wiebelt, en terwijl de wiebelende schijf periodiek het licht van de magnetar blokkeert en reflecteert, gedraagt het systeem zich als een knipperende kosmische vuurtoren. Na verloop van tijd spiraalt de schijf naar binnen, waardoor het wiebelen versnelt en de kenmerkende 'chirp' ontstaat. 'We hebben verschillende ideeën getest, waaronder puur Newtoniaanse effecten en precessie aangedreven door de magnetische velden van de magnetar, maar alleen Lense-Thirring-precessie kwam perfect overeen met de timing,' zei Farah. 'Het is de eerste keer dat de algemene relativiteitstheorie nodig was om de mechanica van een supernova te beschrijven.'

Het team schatte ook dat de neutronenster één keer ronddraait