Astronomowie po raz pierwszy byli świadkami narodzin magnetara – niezwykle magnetycznej, szybko wirującej gwiazdy neutronowej – potwierdzając, że te egzotyczne obiekty mogą napędzać jedne z najjaśniejszych eksplozji gwiazd, jakie kiedykolwiek widziano. Odkrycie potwierdza również teorię zaproponowaną 16 lat temu przez fizyka z UC Berkeley i ujawnia charakterystyczny „ćwierk” w świetle niektórych wybuchających gwiazd, który można wyjaśnić jedynie za pomocą ogólnej teorii względności Einsteina. Badania opublikowano w czasopiśmie Nature.

Superjasne supernowe należą do najbardziej spektakularnych eksplozji we wszechświecie, świecąc 10 lub więcej razy jaśniej niż zwykłe supernowe. Odkąd astronomowie po raz pierwszy zidentyfikowali je na początku lat 2000., zmagali się z wyjaśnieniem, dlaczego te eksplozje pozostają intensywnie jasne długo po tym, jak żelazne jądro masywnej gwiazdy zapadnie się i wyrzuci jej zewnętrzne warstwy w przestrzeń kosmiczną. W 2010 roku teoretyczny astrofizyk z UC Berkeley, Dan Kasen, zaproponował, że odpowiedzią jest nowo narodzony magnetar. Jego teoria głosiła, że gdy ogromna gwiazda dobiega końca swojego życia, jej jądro może zapaść się w niezwykle gęstą gwiazdę neutronową zamiast stać się czarną dziurą. Jeśli ta pierwotna gwiazda posiadała potężne pole magnetyczne, zapadnięcie dramatycznie je wzmocni, tworząc magnetar z polem magnetycznym 100 do 1000 razy silniejszym niż typowy pulsar. Chociaż zarówno pulsary, jak i magnetary mają tylko około 10 mil średnicy, młode magnetary mogą wirować ponad 1000 razy na sekundę.

Doktorant Joseph Farah z UC Santa Barbara i Las Cumbres Observatory (LCO) znalazł najsilniejsze jak dotąd dowody na tę teorię po zbadaniu supernowej odkrytej w 2024 roku, znanej jako SN 2024afav. Farah i jego koledzy doszli do wniosku, że nietypowe wybrzuszenia w krzywej blasku supernowej stanowią bezpośredni dowód na to, że podczas eksplozji powstał magnetar. „Co naprawdę ekscytujące, to że jest to definitywny dowód na powstanie magnetara w wyniku zapadnięcia się jądra superjasnej supernowej” – powiedział Alex Filippenko, wybitny profesor astronomii z UC Berkeley i współautor badania. Kasen powiedział, że naukowcy od dawna podejrzewali, że ukryty magnetar napędza te niezwykłe eksplozje. „Przez lata pomysł magnetara wydawał się niemal magiczną sztuczką teoretyków – ukrywaniem potężnego silnika za warstwami szczątków supernowej” – powiedział. „Ćwierk w sygnale tej supernowej jest jak ten silnik odsłaniający kurtynę i ujawniający, że naprawdę tam jest”.

Po odkryciu SN 2024afav w grudniu 2024 roku, Las Cumbres Observatory monitorowało eksplozję przez ponad 200 dni. Supernowa miała miejsce około miliarda lat świetlnych od Ziemi. Farah i astronom z UCSB, Andy Howell, zauważyli coś niezwykłego: po osiągnięciu szczytowej jasności około 50 dni po eksplozji, jej jasność wielokrotnie rosła i malała, tworząc cztery wyraźne wybrzuszenia w krzywej blasku. Farah porównał ten wzór do rosnącego tonu ptasiego ćwierkania. Model Faraha sugeruje, że część materiału wyrzuconego na zewnątrz przez eksplozję później opadła z powrotem w kierunku nowo narodzonego magnetara, tworząc dysk akrecyjny. Ponieważ dysk ten był prawdopodobnie nachylony względem osi obrotu magnetara, teoria Einsteina przewiduje, że szybko wirująca gwiazda neutronowa będzie ciągnąć za sobą otaczającą tkaninę czasoprzestrzeni, powodując zjawisko zwane precesją Lense-Thirringa. Efekt ten powoduje, że nachylony dysk kołysze się, a gdy kołyszący się dysk okresowo blokuje i odbija światło magnetara, system zachowuje się jak migająca kosmiczna latarnia morska. Z czasem dysk spiralnie zbliża się do gwiazdy, powodując przyspieszenie kołysania, co daje charakterystyczny „ćwierk”. „Przetestowaliśmy kilka pomysłów, w tym czysto newtonowskie efekty i precesję napędzaną polami magnetycznymi magnetara, ale tylko precesja Lense-Thirringa idealnie pasowała do czasów” – powiedział Farah. „To pierwszy raz, gdy ogólna teoria względności była potrzebna do opisania mechaniki supernowej”.

Zespół oszacował również, że gwiazda neutronowa obraca się raz