Τον Δεκέμβριο του 2024, οι αστρονόμοι παρακολούθησαν ένα αστέρι περίπου 25 φορές τη μάζα του ήλιου μας να πεθαίνει σε μια λαίλαπα δόξας. Βρίσκεται ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός από τη Γη, το SN 2024afav ήταν ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα υπερφωτεινής σουπερνόβα—ένα γεγονός που είναι τουλάχιστον 10 φορές φωτεινότερο από την έκρηξη ενός μεγάλου αστεριού. Ερευνητές σε όλο τον κόσμο χρησιμοποίησαν το Αστεροσκοπείο Las Cumbres παγκόσμιο δίκτυο 27 τηλεσκοπίων για την καταγραφή του θεάματος για περισσότερες από 200 ημέρες.
Ενώ η φωτεινότητα του σουπερνόβα κορυφώθηκε περίπου στην Ημέρα 50, οι αστρονόμοι παρατήρησαν κάτι περίεργο. Αντί να εξασθενίσει αργά, όπως αναμενόταν, η φωτεινότητα ταλαντώθηκε προς τα κάτω, ενώ ο χρόνος μεταξύ κάθε διακύμανσης μειώθηκε. Προηγούμενα παραδείγματα υπερφωτεινών σουπερνόβα παρουσίασαν ένα ή δύο εξογκώματα, αλλά το SN 2024afav εμφάνισε τέσσερα από αυτά.
Μετά από μήνες υπολογισμών -καθώς και κάποια βοήθεια από τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν- οι ερευνητές πιστεύουν ότι έχουν μια εξήγηση. Για πρώτη φορά ποτέ, οι αστρονόμοι έγιναν μάρτυρες της γέννησης ενός μαγνητάριου — ενός αστέρα νετρονίων που περιστρέφεται γρήγορα, εξαιρετικά μαγνητισμένο. Οι επιπτώσεις, αναφέρονται αναλυτικά σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε σήμερα στο περιοδικό Φύσηυπονοούν ότι τέτοιες κοσμικές ηλεκτρικές εστίες τροφοδοτούν μερικές από τις πιο εκρηκτικές σουπερνόβα του σύμπαντος.
Ο ρόλος του μαγνήτη
Τα ευρήματα επιβεβαιώνουν μια θεωρία που προτάθηκε για πρώτη φορά πριν από 16 χρόνια από τον θεωρητικό αστροφυσικό Dan Kasen του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ. Ο Kasen και οι συνάδελφοί του υπέθεσαν ότι τουλάχιστον μερικοί υπερφωτεινοί σουπερνόβα πήραν το χυμό τους από μαγνήτες – μόνο ένα από τα πολλά πιθανά αποτελέσματα κατά τη διάρκεια της αστρικής κατάρρευσης.
Η μάζα ενός αστεριού υπαγορεύει το τέλος της ζωής του. Εάν δεν έχει αρκετά μεγάλη μάζα για να καταρρεύσει σε μια μαύρη τρύπα, θα συντριβεί σε ένα αστέρι νετρονίων. Ωστόσο, τα αστέρια που είχαν ισχυρό μαγνητικό πεδίο κατά τη διάρκεια της ζωής τους δεν το χάνουν. Αντιθέτως, γίνονται μαγνήτες με πεδία μεταξύ 100 και 1.000 φορές ισχυρότερα από τα περιστρεφόμενα αστέρια νετρονίων ή τα πάλσαρ. Τόσο τα μαγνητάρια όσο και τα πάλσαρ έχουν διάμετρο μόνο περίπου 10 μίλια, αλλά θα ξεκινήσουν να περιστρέφονται περισσότερες από 1.000 φορές το δευτερόλεπτο.
Η ομάδα του Kasen θεώρησε ότι ένα περιστρεφόμενο μαγνητάρι θα επιταχύνει τα φορτισμένα σωματίδια τόσο γρήγορα ώστε να συγκρούονται με τα συντρίμμια του διαστελλόμενου σουπερνόβα. Σύμφωνα με την ομάδα, αυτό είναι που κάνει κάποιες σουπερνόβα πολύ πιο φωτεινές από άλλες.
«Για χρόνια η ιδέα του μαγνήτη έμοιαζε σχεδόν με το μαγικό κόλπο ενός θεωρητικού – κρύβοντας μια ισχυρή μηχανή πίσω από στρώματα συντριμμιών σουπερνόβα», ο Kasen, ο οποίος δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη, είπε σε δήλωση. «Ήταν μια φυσική εξήγηση για την εξαιρετική φωτεινότητα αυτών των εκρήξεων, αλλά δεν μπορούσαμε να το δούμε άμεσα».
Η τελευταία μελέτη από μια ομάδα συμπεριλαμβανομένου του αστροφυσικού του UC Santa Barbara, Joseph Farah, εξηγεί τελικά το μαγικό κόλπο, αλλά χρειάστηκαν κάποιες δοκιμές και λάθη για να φτάσουμε εκεί.
«Δοκιμάσαμε αρκετές ιδέες, συμπεριλαμβανομένων των καθαρά νευτώνειων εφέ», εξήγησε ο Farah.
Δίσκοι ταλαντευόμενοι
Η λύση δεν ήρθε από τη νευτώνεια φυσική, αλλά τη γενική σχετικότητα. Το μοντέλο του Farah για το SN 2024afav περιλαμβάνει υλικό από την έκρηξη που πέφτει προς τα μέσα προς το μαγνητάρι και σχηματίζει αυτό που είναι γνωστό ως δίσκος προσαύξησης. Αυτό το πεδίο θραυσμάτων στο δίσκο είναι σχεδόν σίγουρα ασύμμετρο, πράγμα που σημαίνει ότι ο άξονας περιστροφής τόσο του δίσκου προσαύξησης όσο και του μαγνητάριου δεν είναι ευθυγραμμισμένοι. Η γενική σχετικότητα λέει ότι ένα περιστρεφόμενο αντικείμενο σέρνει τον χωροχρόνο καθώς στροβιλίζεται. Όταν εφαρμοστεί σε ένα μαγνητάρι, η περιστροφή θα δημιουργούσε υποθετικά κάτι που ονομάζεται μετάπτωση Φακού-Thirring.
Για να το θέσω (πολύ) απλά: ο κακώς ευθυγραμμισμένος δίσκος προσαύξησης αρχίζει να ταλαντεύεται. Όταν συμβαίνει, μπορεί περιστασιακά να μπλοκάρει και να αντανακλά το φως ενός μαγνητάριου σαν ένα φλας που αναβοσβήνει. Καθώς ο δίσκος κινείται πιο κοντά στο magnetar, η ακτίνα του μειώνεται και τον κάνει να ταλαντεύεται πιο γρήγορα. Συνολικά, αυτό εξηγεί τη μείωση του χρόνου μεταξύ των ταλαντώσεων φωτεινότητας του SN 2024afav και επιβεβαιώνει τη μαγνητική θεωρία του Kasen.
«Είναι η πρώτη φορά που χρειάζεται η γενική σχετικότητα για να περιγράψει τη μηχανική ενός σουπερνόβα», είπε ο Farah.
«Νομίζω ότι ο Τζόζεφ βρήκε το όπλο που καπνίζει», είπε ο Άντι Χάουελ, ανώτερος επιστήμονας στο Παρατηρητήριο Λας Κάμπρες, φυσικός του UCSB και συν-συγγραφέας της μελέτης. “Έδεσε τα χτυπήματα στο μαγνητάρι μοντέλο και εξήγησε τα πάντα με την καλύτερα δοκιμασμένη θεωρία στην αστροφυσική – τη γενική σχετικότητα. Είναι απίστευτα κομψό.”
«Η επιστήμη που ονειρευόμουν ως παιδί»
Ένα μαγνητάρι εξακολουθεί να μην είναι μια ενιαία εξήγηση για τους υπερφωτεινούς σουπερνόβα. Μια άλλη θεωρία προτείνει ότι το ωστικό κύμα ενός αστέρα που εκρήγνυται μπορεί μερικές φορές να χτυπήσει σε κοντινό υλικό και να αυξήσει τη φωτεινότητά του. Ο Kasen πρότεινε επίσης ότι μια νεοσχηματισμένη μαύρη τρύπα με έναν κακώς ευθυγραμμισμένο δίσκο προσαύξησης μπορεί επίσης να τροφοδοτήσει για λίγο ένα φωτεινό σουπερνόβα.
Αλλά ακόμα κι αν τα μαγνητάρια τροφοδοτούν ένα μικρό ποσοστό υπερφωτεινών σουπερνόβα, σηματοδοτεί μια σημαντική στιγμή τόσο στην αστρονομία όσο και στη γενική σχετικότητα.
«Αυτό είναι το πιο συναρπαστικό πράγμα στο οποίο είχα ποτέ το προνόμιο να είμαι μέρος», είπε η Farah. «Αυτή είναι η επιστήμη που ονειρευόμουν ως παιδί».
VIA: popsci.com
