Астрономы впервые стали свидетелями рождения магнетара — чрезвычайно магнитной, быстро вращающейся нейтронной звезды — подтвердив, что эти экзотические объекты могут питать одни из самых ярких звездных взрывов, когда-либо наблюдавшихся. Открытие также подтверждает теорию, впервые предложенную 16 лет назад физиком из Калифорнийского университета в Беркли, и выявляет характерный «чирп» в свете некоторых взрывающихся звезд, который можно объяснить только с помощью общей теории относительности Эйнштейна. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Сверхсветящиеся сверхновые — одни из самых зрелищных взрывов во Вселенной, сияющие в 10 и более раз ярче обычных сверхновых. С тех пор как астрономы впервые идентифицировали их в начале 2000-х, они бились над объяснением, почему эти взрывы остаются чрезвычайно яркими еще долго после того, как железное ядро массивной звезды коллапсирует и выбрасывает ее внешние слои в космос. Еще в 2010 году теоретический астрофизик из Беркли Дэн Кейзен предположил, что ответ — новорожденный магнетар. Его теория утверждала, что когда огромная звезда достигает конца своей жизни, ее ядро может коллапсировать в невероятно плотную нейтронную звезду вместо того, чтобы стать черной дырой. Если исходная звезда обладала мощным магнитным полем, коллапс драматически усилит его, породив магнетар с магнитным полем в 100–1000 раз сильнее, чем у типичного пульсара. Хотя и пульсары, и магнетары имеют всего около 10 миль в поперечнике, молодые магнетары могут вращаться более 1000 раз в секунду.

Аспирант Джозеф Фара из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и обсерватории Лас-Камбрес (LCO) нашел самые убедительные доказательства этой теории, изучив сверхновую, открытую в 2024 году, известную как SN 2024afav. Фара и его коллеги пришли к выводу, что необычные всплески в кривой блеска сверхновой являются прямым доказательством того, что во время взрыва образовался магнетар. «Что действительно захватывает, так это то, что это окончательное доказательство формирования магнетара в результате коллапса ядра сверхсветящейся сверхновой», — сказал Алекс Филиппенко, выдающийся профессор астрономии в Беркли и соавтор исследования. Кейзен сказал, что исследователи давно подозревали, что скрытый магнетар питает эти необычайные взрывы. «Годами идея магнетара казалась почти фокусом теоретика — прятать мощный двигатель за слоями обломков сверхновой», — сказал он. «Чирп в сигнале этой сверхновой — как если бы двигатель отдернул занавес и показал, что он действительно там».

После того как SN 2024afav была открыта в декабре 2024 года, обсерватория Лас-Камбрес наблюдала за взрывом более 200 дней. Сверхновая произошла примерно в миллиарде световых лет от Земли. Фара и астроном UCSB Энди Хауэлл заметили нечто необычное: после того как сверхновая достигла пиковой яркости примерно через 50 дней после взрыва, ее яркость многократно то возрастала, то падала, создавая четыре отчетливых всплеска на кривой блеска. Фара сравнил эту картину с повышающимся тоном птичьего чирпа. Модель Фары предполагает, что часть материала, выброшенного взрывом наружу, позже упала обратно к новорожденному магнетару, образовав аккреционный диск. Поскольку этот диск, вероятно, был наклонен относительно вращения магнетара, теория Эйнштейна предсказывает, что быстро вращающаяся нейтронная звезда будет увлекать за собой окружающую ткань пространства-времени, порождая явление, называемое прецессией Лензе-Тирринга. Этот эффект заставляет наклоненный диск колебаться, и когда колеблющийся диск периодически блокирует и отражает свет от магнетара, система ведет себя как мигающий космический маяк. Со временем диск закручивается внутрь, заставляя колебание ускоряться, создавая характерный «чирп». «Мы проверили несколько идей, включая чисто ньютоновские эффекты и прецессию, вызванную магнитными полями магнетара, но только прецессия Лензе-Тирринга идеально совпала по времени», — сказал Фара. «Это первый раз, когда общая теория относительности потребовалась для описания механики сверхновой».

Команда также оценила, что нейтронная звезда вращается один раз