Οι αστρονόμοι καταγράφουν τη γέννηση ενός μαγνητάρ σε έκρηξη υπερκαινοφανούς αστέρα

Για πρώτη φορά οι αστρονόμοι κατέγραψαν τη γέννηση ενός μαγνητάρ, ενός εξαιρετικά ισχυρά μαγνητισμένου και ταχύτατα περιστρεφόμενου αστέρα νετρονίων, που συνδέεται άμεσα με μερικές από τις πιο φωτεινές εκρήξεις άστρων στο σύμπαν.

Η ανακάλυψη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature και επιβεβαιώνει μια θεωρία που υπήρχε εδώ και χρόνια, ρίχνοντας νέο φως στην προέλευση των υπερφωτεινών υπερκαινοφανών αστέρων.

Η έρευνα, με επικεφαλής τον μεταπτυχιακό φοιτητή Τζόζεφ Φάρα από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα, προσφέρει ισχυρές ενδείξεις ότι αυτές οι εντυπωσιακά λαμπρές εκρήξεις τροφοδοτούνται από τον σχηματισμό ενός μαγνητάρ στον πυρήνα τους.

Παράλληλα, η μελέτη φέρνει στο προσκήνιο ένα νέο φαινόμενο στην αστροφυσική: μια ταλαντούμενη καμπύλη φωτεινότητας που εξηγείται μέσω της γενικής σχετικότητας και αποκαλύπτει τον μηχανισμό πίσω από αυτές τις κοσμικές εκρήξεις.

Το μυστήριο των υπερφωτεινών εκρήξεων

Οι υπερφωτεινοί υπερκαινοφανείς αστέρες απασχολούν εδώ και χρόνια τους επιστήμονες, καθώς παρουσιάζουν ασυνήθιστα μεγάλη και παρατεταμένη φωτεινότητα. Οι εκρήξεις αυτές μπορεί να είναι έως και δέκα φορές πιο λαμπρές από έναν συνηθισμένο υπερκαινοφανή και θεωρείται ότι προκύπτουν από την κατάρρευση τεράστιων άστρων, τα οποία μπορεί να έχουν μάζα έως και 25 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου.

Παρά το γεγονός ότι η βασική διαδικασία της έκρηξης είναι γνωστή, η παρατεταμένη λάμψη τους παρέμενε μυστήριο από τότε που ανακαλύφθηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 2000. Αρχικά είχε προταθεί ότι η υπερβολική φωτεινότητα οφείλεται στην κατάρρευση του σιδερένιου πυρήνα ενός άστρου και στην εκτίναξη των εξωτερικών του στρωμάτων σε μια γιγαντιαία έκρηξη.

Το 2010, ο αστροφυσικός Νταν Κέισεν από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ διατύπωσε μια νέα θεωρία. Σύμφωνα με το μοντέλο του, η παρατεταμένη φωτεινότητα θα μπορούσε να εξηγηθεί από τον σχηματισμό ενός μαγνητάρ – ενός αστέρα νετρονίων με εξαιρετικά ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Η κατάρρευση ενός τεράστιου άστρου, υποστήριξε, θα μπορούσε να δημιουργήσει έναν τέτοιο αστέρα, του οποίου το μαγνητικό πεδίο θα επιτάχυνε φορτισμένα σωματίδια, ενισχύοντας ακόμη περισσότερο τη λάμψη της έκρηξης. Μέχρι σήμερα όμως δεν υπήρχαν άμεσες αποδείξεις ότι ένα μαγνητάρ σχηματίζεται στο εσωτερικό αυτών των εκρήξεων.

Η παρατήρηση που έλυσε το μυστήριο

Η καθοριστική ένδειξη προέκυψε από την παρατήρηση του υπερκαινοφανούς άστρου που ονομάζεται SN 2024afav και εντοπίστηκε τον Δεκέμβριο του 2024. Χρησιμοποιώντας ένα παγκόσμιο δίκτυο τηλεσκοπίων, οι επιστήμονες παρακολούθησαν την έκρηξη για περισσότερες από 200 ημέρες.

Κατά την ανάλυση των δεδομένων παρατήρησαν κάτι ιδιαίτερα ασυνήθιστο στην καμπύλη φωτεινότητας. Περίπου 50 ημέρες μετά την έκρηξη η φωτεινότητα έφτασε στο μέγιστο, όμως αντί να μειώνεται σταδιακά άρχισε να παρουσιάζει μια σειρά από τέσσερις διαδοχικές αυξομειώσεις. Το φαινόμενο αυτό, που θυμίζει το κελάηδημα ενός πουλιού, δεν είχε καταγραφεί ξανά σε υπερφωτεινούς υπερκαινοφανείς αστέρες.

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι οι ταλαντώσεις προκαλούνται από τον σχηματισμό ενός δίσκου υλικού γύρω από το νεογέννητο μαγνητάρ. Καθώς υλικό από την έκρηξη επιστρέφει προς τον αστέρα νετρονίων, η ασύμμετρη δομή του δίσκου προκαλεί μια ταλάντωση στην περιστροφή του. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μεταβάλλεται περιοδικά η ποσότητα φωτός που φτάνει στη Γη.

Ο ρόλος της γενικής σχετικότητας

Ένα από τα πιο εντυπωσιακά στοιχεία της ανακάλυψης είναι ότι το φαινόμενο εξηγείται από τη γενική θεωρία της σχετικότητας. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η απόκλιση ανάμεσα στον άξονα περιστροφής του μαγνητάρ και στον δίσκο υλικού γύρω του προκαλεί μια ταλάντωση του δίσκου, η οποία είχε προβλεφθεί από τη θεωρία του Άλμπερτ Αϊνστάιν.

Η ταλάντωση αυτή οδηγεί σε περιοδική απόκρυψη και ανάκλαση του φωτός που εκπέμπεται από το μαγνητάρ, δημιουργώντας έτσι τις χαρακτηριστικές διακυμάνσεις στη φωτεινότητα που κατέγραψαν οι αστρονόμοι.

Όπως σημειώνουν οι ερευνητές, είναι η πρώτη φορά που η γενική σχετικότητα αποδεικνύεται απαραίτητη για την περιγραφή του μηχανισμού μιας έκρηξης υπερκαινοφανούς άστρου.

Τι σημαίνει η ανακάλυψη

Η ανακάλυψη θεωρείται ιδιαίτερα σημαντική για την κατανόηση των πιο ισχυρών αστρικών εκρήξεων στο σύμπαν. Οι επιστήμονες πλέον έχουν σαφείς ενδείξεις ότι σε ορισμένες περιπτώσεις οι υπερφωτεινοί υπερκαινοφανείς τροφοδοτούνται από την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη δημιουργία ενός μαγνητάρ.

Παράλληλα, νέα τηλεσκόπια που αναμένεται να λειτουργήσουν τα επόμενα χρόνια θα επιτρέψουν την ανακάλυψη δεκάδων ακόμη παρόμοιων εκρήξεων, δίνοντας στους αστρονόμους τη δυνατότητα να κατανοήσουν ακόμη καλύτερα τα πιο βίαια φαινόμενα του σύμπαντος.