Самые яркие взрывы во Вселенной могли быть вызваны нейтронными звёздами

В 2003 году астрономы стали свидетелями взрыва умирающей звезды, которая была ярче всего, что наблюдалось ранее, и слишком мощной для любой из существующих моделей сверхновых. С тех пор они обнаружили несколько сотен таких «сверхъярких» сверхновых, но так и не смогли объяснить это световое шоу. Новая сверхъяркая сверхновая со странными, периодическими пиками в свечении теперь дает подсказки. Как заключает группа исследователей в статье, опубликованной в журнале Nature, этот узор мог быть создан только магнетаром — сильно намагниченным остатком звезды, который остается после первоначального взрыва и ускоряет сверхновую.

«Немногие другие факторы могут привести к такому яркому свечению», — говорит астрофизик Даниэль Касен из Калифорнийского университета в Беркли, не принимавший участия в исследовании. «Эта периодичность является еще более убедительным доказательством того, что в центре должен существовать какой-то источник энергии».

Типичные сверхновые, которые на короткое время могут затмить свою родную галактику, получают большую часть своей энергии от радиоактивных элементов, образовавшихся во время взрыва, таких как никель-56. Распад этих элементов освещает расширяющееся облако звездных обломков в течение нескольких недель. Но этот процесс не может объяснить сверхъяркие сверхновые, которые в 10 и более раз ярче. «Нужно искать другие источники энергии», — говорит Касен.

Одна из теорий гласит, что перед взрывом звезда-прародительница сбрасывает слои вещества, которые расширяются, образуя медленно движущиеся оболочки. Затем быстро движущиеся выбросы от взрыва сверхновой врезаются в эти оболочки, нагревая их и заставляя ярко светиться.

Другая теория гласит, что дополнительная яркость обусловлена бурной активностью остатка звезды, пережившего взрыв. Когда большие звезды умирают, они часто оставляют после себя нейтронные звезды — сверхплотные объекты, которые почти достигают уровня черной дыры. Эти объекты вмещают массу чуть меньше солнечной в шар размером с город. Сильно намагниченные нейтронные звезды называются магнетарами, которые быстро вращаются и испускают мощные магнитные поля. По мере замедления вращения они излучают магнитную энергию, подобно мокрой собаке, стряхивающей воду. В 2010 году теоретики подсчитали, что замедление вращения магнетара может обеспечить необходимое количество энергии для превращения сверхновой в сверхсветовую.

Астрономов также озадачили странные «пики» в свете многих сверхъярких сверхновых, которые отличались от плавно затухающих кривых блеска обычных сверхновых. Некоторые теоретики объясняют их тем, что излучение магнетара каким-то образом модулируется; другие, склоняющиеся к теории выбросов, предполагают, что пики возникают, когда обломки сталкиваются с различными оболочками расширяющегося вещества. «Это всегда было предметом споров, — говорит Касен. — Как нам различить эти два механизма?»

Теперь группа исследователей заявляет, что обнаружила сверхъяркую сверхновую 2024 года, чьи пики на графике следуют закономерности, которая могла быть вызвана только магнетаром. Сверхновая, известная как SN 2024afav, была впервые обнаружена сетью из четырех телескопов ATLAS, предназначенных для обнаружения астероидов, представляющих угрозу для Земли. Она быстро достигла сверхъяркой яркости, затем на некоторое время стабилизировалась, а затем начала тускнеть в течение 3 месяцев.

В период спада яркости Джозеф Фарах из обсерватории Лас-Кумбрес и его коллеги, используя глобальную сеть из 27 телескопов, заметили несколько пиков. «Казалось, что пики сближались на определенную долю», — говорит Фарах. Пики продолжали появляться с меньшими интервалами, создавая то, что Фарах называет «щебетанием».

Фарах говорит, что невозможно объяснить, как выбросы, сталкивающиеся с оболочками, могли бы породить такой сигнал. Вместо этого команда применила несколько моделей, чтобы выяснить, может ли за это отвечать магнетар. Магнетары обычно вращаются сотни раз в секунду, поэтому казалось маловероятным, что один из них может напрямую создавать пики яркости, разделенные несколькими неделями. Но после взрыва сверхновой вокруг магнетара могло осесть некоторое количество остаточного вещества, и этот диск мог быть причиной пиков яркости, говорит Фарах.

Мощное гравитационное притяжение магнетара заставляло бы диск прецессировать, или колебаться, как волчок. Во время прецессии вокруг магнетара он периодически блокировал бы и отражал энергию магнетара, что приводило бы к появлению пиков яркости. А по мере того, как материя падала бы на магнетар, диск сжимался бы и прецессировал быстрее, что приводило бы к увеличению частоты появления пиков. «Идея просто сработала без каких-либо дополнительных модификаций», — говорит Фарах.

Дэниел Перли, астрофизик из Ливерпульского университета имени Джона Мурса, говорит, что объяснение правдоподобно. «Подгонка довольно хорошая… и использование прецессии для объяснения этих пиков, похоже, работает неплохо», — говорит он. Но он подозревает, что астрономам понадобится больше одного примера, прежде чем они объявят магнетары решением проблемы сверхъярких сверхновых. «Я думаю, что сообщество еще некоторое время будет обсуждать это».