Астрономы впервые зафиксировали рождение магнетара, подтверждая связь с ярчайшими сверхновыми

Астрономы впервые наблюдали рождение магнетара — сильно намагниченной нейтронной звезды — и подтвердили, что именно такие объекты служат источником энергии для некоторых из самых ярких взрывов звезд во Вселенной. Это открытие подтверждает теорию, предложенную физиком из Калифорнийского университета в Беркли 16 лет назад, и устанавливает новое явление в сверхновых: наличие «чирпа» в кривой блеска, вызванного эффектами общей теории относительности.

Сверхъяркие сверхновые, которые могут быть в 10 и более раз ярче обычных, озадачивали астрономов с момента их обнаружения в начале 2000-х годов. Считалось, что они возникают при взрыве очень массивных звезд, но их свечение длилось гораздо дольше, чем предсказывали модели коллапса ядра.

В 2010 году Дэн Кейсен, ныне астрофизик-теоретик из Беркли, впервые предположил, что за длительное свечение отвечает магнетар. Согласно теории, когда массивная звезда коллапсирует, ее ядро сжимается в нейтронную звезду. Если исходная звезда обладала сильным магнитным полем, оно усиливается при формировании магнетара, создавая поле в 100–1000 раз сильнее, чем у обычных пульсаров.

Наблюдения сверхновой SN 2024afav, проведенные сетью телескопов Las Cumbres Observatory, позволили зафиксировать необычные колебания яркости после пика. Аспирант Джозеф Фара из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре заметил, что кривая блеска не плавно затухала, а испытывала серию колебаний с уменьшающимся периодом, напоминающих птичью трель — «чирп».

Фара и его коллеги объяснили этот эффект прецессией Лензе-Тирринга — явлением, предсказанным общей теорией относительности. Часть вещества, сброшенного при взрыве, падает обратно на магнетар, образуя аккреционный диск. Из-за несимметричности диск вращается под углом к оси магнетара, и его прецессия приводит к периодическому затемнению и высветлению, что и создает наблюдаемые осцилляции.

«Впервые для описания механики сверхновой потребовалась общая теория относительности», — отметил Фара. Используя данные наблюдений, астрономы также оценили период вращения нейтронной звезды (4,2 миллисекунды) и ее магнитное поле — около 300 триллионов раз сильнее земного, что соответствует параметрам магнетара.

Открытие не означает, что все сверхъяркие сверхновые питаются магнетарами. Существуют и альтернативные механизмы, например, взаимодействие ударной волны с окружающим веществом. Однако теперь ясно, что по крайней мере часть таких взрывов связана с рождением магнетаров, и дальнейшие наблюдения, в частности с помощью обсерватории Веры Рубин, помогут найти новые «чирпающие» сверхновые.