Οι αστρονόμοι παρατήρησαν, για πρώτη φορά, τη γέννηση ενός μαγνητάριου, ενός εξαιρετικά μαγνητικού, ταχέως περιστρεφόμενου τύπου αστέρα νετρονίων. Η ανακάλυψη επιβεβαιώνει ότι αυτοί οι εξωπλανήτες μπορούν να τροφοδοτήσουν τις πιο λαμπρές αστρικές εκρήξεις που έχουν δει ποτέ
Η ανακάλυψη επικυρώνει επίσης μια θεωρία που προτάθηκε για πρώτη φορά από έναν φυσικό του UC Berkeley πριν από 16 χρόνια και αποκαλύπτει ένα πρόσφατα αναγνωρισμένο χαρακτηριστικό ορισμένων αστεριών που εκρήγνυνται: μια ξεχωριστή “λάμψη” στο φως τους που μπορεί να εξηγηθεί μόνο χρησιμοποιώντας τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν. Η έρευνα δημοσιεύεται στο περιοδικό η φύση.
Το μυστήριο πίσω από το πιο φωτεινό σουπερνόβα
Οι υπερφωτεινές σουπερνόβα είναι από τις πιο θεαματικές εκρήξεις στο σύμπαν, 10 ή περισσότερες φορές φωτεινότερες από τις κανονικές σουπερνόβα. Από τότε που οι αστρονόμοι τις εντόπισαν για πρώτη φορά στις αρχές της δεκαετίας του 2000, προσπάθησαν να εξηγήσουν γιατί αυτές οι εκρήξεις παραμένουν έντονα φωτεινές αφού ο σιδερένιος πυρήνας ενός τεράστιου αστεριού έχει καταρρεύσει και ανατινάξει τα εξωτερικά του στρώματα στο διάστημα.
Το 2010, ο θεωρητικός αστρονόμος του UC Berkeley Dan Cassen πρότεινε ότι η απάντηση είναι ένας εκκολαπτόμενος μαγνήτης. Η θεωρία του, που συντάχθηκε με τον Lars Bildsten και προτάθηκε ανεξάρτητα από τον Stanford Woosley του UC Santa Cruz, υποστήριξε ότι όταν ένα τεράστιο αστέρι φτάσει στο τέλος της ζωής του, ο πυρήνας του μπορεί να καταρρεύσει σε ένα απίστευτα πυκνό αστέρι νετρονίων αντί να γίνει μαύρη τρύπα.
Εάν αυτό το αρχικό αστέρι είχε ισχυρό μαγνητικό πεδίο, η κατάρρευση θα το επέκτεινε δραματικά, δημιουργώντας έναν μαγνήτη με μαγνητικό πεδίο 100 έως 1.000 φορές ισχυρότερο από ένα τυπικό πάλσαρ. Αν και τόσο το πάλσαρ όσο και το μαγνητάρι έχουν διάμετρο περίπου 10 μιλίων, το νεαρό μαγνητάρι μπορεί να περιστρέφεται περισσότερες από 1.000 φορές το δευτερόλεπτο.
Καθώς περιστρέφονται, τα ισχυρά μαγνητικά τους πεδία επιταχύνουν φορτισμένα σωματίδια που προσκρούουν στα διαστελλόμενα συντρίμμια από το σουπερνόβα, εγχέοντας επιπλέον ενέργεια που κρατά την έκρηξη να καίει πολύ περισσότερο από το αναμενόμενο. Οι μαγνήτες πιστεύεται επίσης ότι παράγουν μυστηριώδεις γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξεις.
Ένα σουπερνόβα που «κελάηδάει» αποκαλύπτει την αλήθεια
Ο μεταπτυχιακός φοιτητής του UC Santa Barbara και του Παρατηρητηρίου Las Cumbres (LCO), Joseph Farah, βρήκε τα ισχυρότερα στοιχεία μέχρι τώρα για αυτήν τη θεωρία μετά από μελέτη ενός σουπερνόβα που ανακαλύφθηκε το 2024, γνωστό ως SN 2024afav. Ο Farah, ο οποίος θα ενταχθεί στην ερευνητική ομάδα του Kasen στο UC Berkeley αυτό το φθινόπωρο ως μεταδιδακτορικός συνεργάτης του Miller, και οι συνάδελφοί του κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι ασυνήθιστες προσκρούσεις στην καμπύλη φωτός του σουπερνόβα παρέχουν άμεσες ενδείξεις ότι ένας μαγνήτης σχηματίστηκε κατά τη διάρκεια της έκρηξης.
“Αυτό που είναι πραγματικά συναρπαστικό είναι ότι αυτό είναι οριστική απόδειξη της δημιουργίας ενός μαγνήτη από την κατάρρευση ενός υπερφωτεινού πυρήνα σουπερνόβα”, δήλωσε ο διακεκριμένος καθηγητής Αστρονομίας στο UC Berkeley, συν-συγγραφέας της μελέτης και μελλοντικός μέντορας της Farah, Alex Filipenko.
“Η υπόθεση του μοντέλου του Dan Cassen και του Stan Woosley είναι ότι το μόνο που χρειάζεστε είναι ενέργεια βαθιά στο μαγνητάρι και ένα καλό κλάσμα της θα απορροφηθεί, και αυτό θα εξηγούσε γιατί το αντικείμενο είναι υπερφωτεινό. Αυτό που δεν φάνηκε ήταν ότι ένα μαγνητάρι σχημάτισε πραγματικά τον πυρήνα του σουπερνόβα, και αυτό δείχνει το χαρτί του Zoff.”
Ο Κάσεν είπε ότι οι ερευνητές υποψιάζονταν από καιρό ότι ένας κρυμμένος μαγνήτης τροφοδοτούσε αυτές τις εξαιρετικές εκρήξεις.
“Για χρόνια η ιδέα ενός μαγνητάριου φαινόταν σχεδόν σαν το μαγικό κόλπο ενός θεωρητικού — κρύβοντας μια ισχυρή μηχανή πίσω από στρώματα συντριμμιών σουπερνόβα. Ήταν μια φυσική εξήγηση για την εξαιρετική φωτεινότητα αυτής της έκρηξης, αλλά δεν μπορούσαμε να τη δούμε άμεσα”, είπε. «Το κελάηδισμα αυτού του σήματος σουπερνόβα είναι σαν ο κινητήρας να τραβάει την κουρτίνα και να αποκαλύπτει ότι είναι πραγματικά εκεί».
Παρακολούθηση εκρήξεων δισεκατομμυρίων ετών φωτός μακριά
Μετά την ανακάλυψη του SN 2024afav τον Δεκέμβριο του 2024, το Παρατηρητήριο Las Cumbres, ένα παγκόσμιο δίκτυο 27 τηλεσκοπίων, παρακολούθησε την έκρηξη για περισσότερες από 200 ημέρες. Το σουπερνόβα εμφανίστηκε περίπου ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός μακριά από τη Γη.
Ο Farah και ο αστρονόμος του UCSB Andy Howell παρατήρησαν κάτι ασυνήθιστο αφού η σουπερνόβα έφτασε στο μέγιστο της φωτεινότητας περίπου 50 ημέρες μετά την έκρηξη. Αντί να ξεθωριάζει ομαλά, όπως κάνουν οι περισσότερες σουπερνόβα, η φωτεινότητά του ανεβαίνει και πέφτει επανειλημμένα. Το διάστημα μεταξύ αυτών των διακυμάνσεων γίνεται προοδευτικά μικρότερο, δημιουργώντας τέσσερα διακριτά χτυπήματα στην καμπύλη φωτός.
Η Farah συνέκρινε το μοτίβο με την άνοδο του ύψους ενός πουλιού που κελαηδάει.
Προηγούμενες υπερφωτεινές σουπερνόβα έδειχναν περιστασιακά ένα ή δύο σοκ, που συχνά ερμηνεύονται ως κρουστικά κύματα που συγκρούονται με τα κελύφη αερίου που περιβάλλουν το ετοιμοθάνατο αστέρι. Αλλά σε καμία προηγούμενη εκδήλωση δεν συμμετείχαν τέσσερις.
Η γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν εξηγεί το σήμα
Το μοντέλο του Farah προτείνει ότι μέρος του υλικού που εκτοξεύτηκε προς τα έξω από την έκρηξη επιστρέφει στον εκκολαπτόμενο μαγνήτη για να σχηματίσει έναν δίσκο προσαύξησης.
Επειδή αυτός ο δίσκος είχε προφανώς κλίση σε σχέση με την περιστροφή του μαγνητάριου, η θεωρία του Αϊνστάιν προέβλεψε ότι το ταχέως περιστρεφόμενο αστέρι νετρονίων θα έσερνε το περιβάλλον ύφασμα του χωροχρόνου μαζί του, δημιουργώντας ένα φαινόμενο που ονομάζεται μετάπτωση ώθησης φακού. Αυτό το φαινόμενο προκαλεί τον κεκλιμένο δίσκο να ταλαντεύεται.
Καθώς ο ταλαντευόμενος δίσκος μπλοκάρει και ανακλά εναλλάξ το φως από τον μαγνήτη, το σύστημα συμπεριφέρεται σαν ένας κοσμικός φάρος που τρεμοπαίζει. Με την πάροδο του χρόνου, ο δίσκος περιστρέφεται προς τα μέσα, προκαλώντας την αύξηση της ταλάντωσης. Αυτό δημιουργεί τον ξεχωριστό «σκίουρο» που ανιχνεύεται από τους αστρονόμους, με τους παλμούς φωτός να φτάνουν πιο γρήγορα.
«Δοκιμάσαμε έναν αριθμό ιδεών, συμπεριλαμβανομένων των καθαρά νευτώνειων φαινομένων και της μετάπτωσης που οδηγείται από το μαγνητικό πεδίο του μαγνήτη, αλλά μόνο η μετάπτωση φακού-Thuring ταίριαζε σωστά με το χρονισμό», είπε ο Farah. «Είναι η πρώτη φορά που χρειάζεται η γενική σχετικότητα για να περιγράψει τη μηχανική ενός σουπερνόβα».
Η ομάδα υπολόγισε επίσης ότι το αστέρι νετρονίων περιστρέφεται μία φορά κάθε 4,2 χιλιοστά του δευτερολέπτου και έχει μαγνητικό πεδίο περίπου 300 τρισεκατομμύρια φορές ισχυρότερο από αυτό της Γης, τυπικά χαρακτηριστικά μιας μαγνητόσφαιρας.
«Νομίζω ότι ο Τζόζεφ βρήκε το όπλο που καπνίζει», είπε ο Χάουελ. “Έδεσε τα εξογκώματα με το μοντέλο magnetar και εξήγησε τα πάντα με την καλύτερα δοκιμασμένη θεωρία στην αστροφυσική — τη γενική σχετικότητα. Είναι απίστευτα κομψό.”
«Είναι πάντα συναρπαστικό να βλέπεις μια σαφή συνέπεια της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν, αλλά το να τη βλέπεις για πρώτη φορά σε μια σουπερνόβα είναι ιδιαίτερα ικανοποιητική», πρόσθεσε ο Φιλιππένκο.
Ακόμα περισσότερα μυστήρια παραμένουν
Οι ερευνητές προειδοποιούν ότι οι μαγνήτες δεν μπορούν να εξηγήσουν κάθε υπερφωτεινό σουπερνόβα.
Μερικά μπορεί αντί να λάμπουν όταν το ωστικό κύμα της έκρηξης προσκρούει στο περιβάλλον υλικό. Ο Kassen πρότεινε επίσης ότι εάν ένα αστέρι που καταρρέει παρήγαγε μια μαύρη τρύπα αντί για έναν μαγνήτη, θα μπορούσε παρομοίως να παράγει μια ασυνήθιστα φωτεινή σουπερνόβα. Ένας κεκλιμένος δίσκος προσαύξησης γύρω από μια μαύρη τρύπα μπορεί επίσης να προκαλέσει διαταραχή στην καμπύλη φωτός.
«Δεν ξέρουμε ποιο κλάσμα υπερφωτεινών σουπερνόβα τύπου Ι θα μπορούσε να τροφοδοτείται από κυκλικό υλικό, αλλά είναι σίγουρα ένα μικρότερο κλάσμα από ό,τι πιστεύαμε πριν, επειδή αυτή η ανακάλυψη είναι ξεκάθαρα υπεύθυνη για μερικούς από αυτούς», είπε ο Φιλιπένκο.
Ο Farah ελπίζει ότι οι αστρονόμοι θα ανακαλύψουν πολλούς περισσότερους σουπερνόβα που “κελάηδουν” όταν το Παρατηρητήριο Vera C. Rubin ξεκινήσει μια άνευ προηγουμένου έρευνα του νυχτερινού ουρανού.
“Αυτό είναι το πιο συναρπαστικό πράγμα στο οποίο είχα ποτέ την ευκαιρία να γίνω μέρος. Αυτή είναι η επιστήμη που ονειρευόμουν ως παιδί”, είπε η Farah. «Είναι το σύμπαν που μας λέει δυνατά και στα πρόσωπά μας ότι δεν το καταλαβαίνουμε ακόμη πλήρως και μας προκαλεί να το εξηγήσουμε».
Ο Howell, ο Logan Prost, τώρα στο Ινστιτούτο Flatiron στη Νέα Υόρκη, και ο Yuan Qi Ni του UCSB συνέβαλαν εξίσου στην έρευνα. Ο Philippenko Christopher R. αναγνωρίζει την οικονομική υποστήριξη από τη Redlich και πολλούς άλλους δωρητές.
