Разгадан источник ярчайших взрывов во Вселенной

Международная команда астрономов под руководством Джозефа Фараха из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и обсерватории Лас-Кумбрес впервые зафиксировала прямое доказательство рождения магнетара — сверхплотной нейтронной звезды с мощным магнитным полем. Наблюдения за сверхновой SN 2024afav подтвердили, что именно магнетары являются источником энергии для сверхъярких сверхновых, что стало эмпирическим подтверждением теории, предложенной физиком Дэном Касеном еще 16 лет назад. Результаты этого открытия и описание нового феномена «чирп-сигнала» в кривой блеска, вызванного эффектами общей теории относительности, были опубликованы в научном журнале Nature.

Сверхъяркие сверхновые, которые могут быть в десятки раз ярче обычных, долгое время оставались загадкой для науки. С момента их обнаружения в начале 2000-х годов астрономы предполагали, что они являются результатом гибели крайне массивных звезд, однако длительность их свечения не укладывалась в стандартные модели коллапса ядра. В 2010 году физик-теоретик Дэн Касен выдвинул гипотезу о том, что источником дополнительной энергии служит магнетар.

Согласно теории, разработанной в соавторстве с Ларсом Бильдстеном и Стэнфордом Вусли, когда массивная звезда коллапсирует, ее ядро сжимается в нейтронную звезду. Если исходная звезда обладала мощным магнитным полем, оно усиливается в сотни раз, превращая новорожденную нейтронную звезду в магнетар. Вращаясь с огромной скоростью, до тысячи оборотов в секунду, такое тело своим полем разгоняет заряженные частицы, которые, сталкиваясь с выброшенным веществом сверхновой, многократно увеличивают ее яркость.

Ключом к разгадке стала сверхновая SN 2024afav, обнаруженная в декабре 2024 года на расстоянии около миллиарда световых лет от Земли. Сеть телескопов обсерватории Лас-Кумбрес вела наблюдения за ней на протяжении более 200 дней. Джозеф Фарах, анализируя кривую блеска, заметил необычную картину: после достижения пика яркости ее затухание не было плавным.

Вместо этого наблюдалась серия из четырех повторяющихся всплесков, причем интервалы между ними постепенно сокращались. Этот эффект, напоминающий учащающийся звук (чирп-сигнал или «щебетание»), не мог быть объяснен простым столкновением ударной волны с космической пылью, как это делалось ранее для единичных пиков.

Джозеф Фарах и его коллеги предложили объяснение, основанное на эффектах общей теории относительности. Часть вещества, выброшенного при взрыве, упала обратно на магнетар, образовав вокруг него асимметричный аккреционный диск. Из-за несовпадения осей вращения диска и самой нейтронной звезды возникает эффект Лензе-Тирринга. В результате массивный вращающийся магнетар заставляет диск колебаться. Этот колеблющийся диск, словно жалюзи, периодически то открывает, то закрывает свет от центрального светила, создавая наблюдаемые пики.

По мере того как диск постепенно приближается к магнетару и уменьшается в размерах, колебания ускоряются, что и дает тот самый чирп-сигнал на кривой блеска. «Мы проверили несколько гипотез, включая чисто ньютоновские эффекты и прецессию, вызванную магнитными полями магнетара, но только прецессия Лензе-Тирринга идеально совпала по времени. Это первый случай, когда для описания механики сверхновой потребовалась общая теория относительности», — говорит Джозеф Фарах.

Полученные данные позволили астрономам оценить параметры новорожденного магнетара: период его вращения составил 4,2 миллисекунды, а магнитное поле оказалось в 300 триллионов раз сильнее земного, что является неоспоримым признаком магнетара.

Соавтор исследования Алекс Филиппенко отметил, что это открытие неопровержимо доказывает связь магнетара со сверхъяркой сверхновой, но предостерег, что подобный механизм может работать не во всех случаях. Существуют и альтернативные сценарии, такие как ударное взаимодействие с околозвездным веществом или образование черной дыры. Тем не менее, обнаружение чирп-сигнала в кривой блеска SN 2024afav открывает новый инструмент для изучения самых мощных взрывов во Вселенной.

Исследование подтвердило, что магнетары действительно являются движущей силой сверхъярких сверхновых, что было теоретически предсказано более полутора десятилетий назад. Анализ необычной кривой блеска впервые позволил применить общую теорию относительности для объяснения поведения вещества вскоре после взрыва звезды, открыв новые горизонты в понимании жизни и смерти массивных светил.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях