Przez dziesięciolecia astronomowie poszukiwali bezpośredniego dowodu na istnienie mechanizmu zasilającego najbardziej spektakularne eksplozje we wszechświecie. Teraz, dzięki obserwacjom odległej o miliard lat świetlnych supernowej SN 2024afav, naukowcy po raz pierwszy ujrzeli narodziny magnetara – niezwykle gęstej, szybko rotującej gwiazdy neutronowej o gigantycznym polu magnetycznym. Odkrycie to nie tylko potwierdza śmiałe teorie sprzed lat, ale również wprowadza do astrofizyki zupełnie nowe zjawisko: kosmiczny „ćwierkot”, którego wyjaśnienie wymagało odwołania się do Ogólnej Teorii Względności Alberta Einsteina.
Supernowe o ekstremalnej jasności (ang. Superluminous Supernovae, SLSNe) od momentu ich odkrycia na początku XXI wieku stanowiły dla badaczy twardy orzech do zgryzienia. Są one co najmniej dziesięciokrotnie jaśniejsze niż typowe supernowe, a ich blask utrzymuje się znacznie dłużej, niż wynikałoby to z prostego zapadnięcia się jądra masywnej gwiazdy. Standardowy model, w którym zewnętrzne warstwy gwiazdy są odrzucane po kolapsie żelaznego jądra, nie tłumaczył tak ogromnych zasobów energii emitowanych przez wiele miesięcy.
W 2010 roku Dan Kasen, astrofizyk teoretyczny z UC Berkeley, zaproponował rewolucyjne rozwiązanie: źródłem tej dodatkowej energii jest ukryty wewnątrz silnik w postaci magnetara. Według tej teorii, gdy gwiazda o masie około 25-krotnie większej od Słońca kończy życie, jej jądro zapada się do obiektu o średnicy zaledwie kilkunastu kilometrów. Jeśli gwiazda macierzysta posiadała silne pole magnetyczne, proces ten może doprowadzić do powstania magnetara – obiektu o polu magnetycznym od 100 do 1000 razy silniejszym niż w przypadku typowych pulsarów.
Przełomowy sygnał
Przez 16 lat hipoteza magnetara pozostawała eleganckim, ale trudnym do zweryfikowania modelem matematycznym. Wszystko zmieniło się dzięki obserwacji SN 2024afav. Międzynarodowy zespół pod kierownictwem Josepha Faraha z Las Cumbres Observatory (LCO) monitorował tę eksplozję przez ponad 200 dni przy użyciu globalnej sieci 27 teleskopów. To, co zauważyli, odbiegało od wszelkich znanych schematów.
Zamiast jednostajnego wygasania blasku po osiągnięciu maksimum, krzywa jasności supernowej zaczęła wykazywać specyficzne oscylacje. Farah zaobserwował serię czterech wyraźnych „skoków” jasności, które powtarzały się w coraz krótszych odstępach czasu. Zjawisko to nazwano „świergotem” (ang. chirp), przez analogię do dźwięku o rosnącej częstotliwości. Choć wcześniej obserwowano pojedyncze fluktuacje jasności, interpretowane jako zderzenia fali uderzeniowej z otoczką gazową, cztery regularne oscylacje wymagały zupełnie innego wyjaśnienia.
Precesja Lense’a-Thirringa
Kluczem do zrozumienia zagadki okazała się Ogólna Teoria Względności. Joseph Farah opracował model, w którym część materii wyrzuconej podczas wybuchu opada z powrotem w stronę nowo narodzonego magnetara, tworząc wokół niego dysk akrecyjny. Ze względu na asymetrię procesu, oś obrotu magnetara i oś obrotu dysku nie są idealnie wyrównane.
Zgodnie z przewidywaniami Einsteina, rotująca masa o tak ogromnej gęstości dosłownie „wlecze” za sobą strukturę czasoprzestrzeni. Zjawisko to, znane jako precesja Lense’a-Thirringa (lub wleczenie układów inercjalnych), powoduje, że niesymetryczny dysk akrecyjny zaczyna się chwiać jak wirujący bąk. Ten „chybotliwy” dysk okresowo blokuje i odbija światło emitowane przez magnetara, działając jak kosmiczna latarnia morska o zmiennej charakterystyce. W miarę jak dysk przesuwa się bliżej powierzchni gwiazdy neutronowej, tempo jego precesji rośnie, co skraca odstępy między skokami jasności i tworzy charakterystyczny sygnał „ćwierkotu”.
Potęga nowego magnetara
Dane obserwacyjne pozwoliły naukowcom na precyzyjne określenie parametrów tego nowo powstałego obiektu. Analiza wykazała, że magnetar w sercu SN 2024afav obraca się z zawrotną prędkością – jeden pełny obrót zajmuje mu zaledwie 4,2 milisekundy. Jeszcze bardziej imponujące jest jego pole magnetyczne, które oszacowano na 300 bilionów razy silniejsze od pola magnetycznego Ziemi. To właśnie ta niesamowita energia magnetyczna, przekazywana poprzez przyspieszanie naładowanych cząstek uderzających w szczątki supernowej, odpowiada za jej ekstremalną jasność.
Choć odkrycie to stanowi „niezbity dowód” na powiązanie magnetarów z superjasnymi supernowymi typu I, badacze zachowują naukową ostrożność. Profesor Alex Filippenko z UC Berkeley podkreśla, że nie wszystkie superjasne wybuchy muszą być napędzane w ten sam sposób. Niektóre mogą wynikać z interakcji fali uderzeniowej z gęstym ośrodkiem międzygwiazdowym, a inne mogą kryć w sobie powstającą czarną dziurę.
Niemniej jednak, SN 2024afav otwiera nową ścieżkę w badaniach astrofizycznych. Po raz pierwszy mechanika supernowej musiała zostać opisana przy użyciu efektów relatywistycznych, co przesuwa granice naszej wiedzy o tym, jak zachowuje się materia w najbardziej ekstremalnych warunkach we wszechświecie. Nadchodzące uruchomienie Obserwatorium Very C. Rubin, które będzie prowadzić najbardziej szczegółowy przegląd nieba w historii, pozwoli prawdopodobnie odkryć dziesiątki kolejnych „ćwierkających” supernowych, rzucając jeszcze więcej światła na narodziny tych magnetycznych potworów.