天文學家首次目睹了快速旋轉、高度磁化的中子星或「磁星」的誕生。
對這一由大質量恆星死亡引起的事件的觀察證實了磁鐵的產生與超亮超新星爆炸之間的聯繫。這些超光度超新星的亮度可達十倍，持續時間比典型的超新星爆炸要長得多。典型的超新星爆炸是在大質量恆星耗盡核燃料並經歷引力塌縮或「核心塌陷」直至中子星或黑洞誕生時發生的。
幾乎自從2000年代初期首次發現磁星以來，科學家就推測磁星的誕生與超發光超新星有關，磁星擁有已知宇宙中最強的磁場，但這種聯繫一直缺乏確鑿的證據。
加州大學柏克萊分校的團隊成員 Alex Filippenko 表示：“真正令人興奮的是，這是超新星超新星核心塌陷形成磁星的明確證據。” 在一份聲明中說。
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超超新星背後的魔術
將磁鐵和超光度超新星聯繫起來的理論首先由加州大學柏克萊分校的丹卡森和拉爾斯比斯汀提出，並由加州大學聖克魯斯分校的史丹佛伍斯利獨立提出。他認為，當一顆擁有大約 25 倍太陽質量的強磁場的恆星坍縮時，它的磁場就會增強。結果是磁星的磁場比「標準」中子星的磁場強 100 到 1000 倍。
緯度約 12 英里（20 公里）的大質量恆星核心塌陷還會產生另一個後果。正如冬季奧運會上的滑冰運動員拉動手臂以提高旋轉速度一樣，中子星直徑的迅速減少也會加速其旋轉。
因此，一些新生中子星可以以每秒 700 次或更高的速度自轉。這些物體可以從它們的兩極發射輻射束，像宇宙信標發出的光一樣橫掃整個宇宙。在這些情況下，中子星和磁星被稱為脈衝星。
當磁星快速旋轉時，它們的旋轉磁場會加速粒子，然後將它們發射到超新星死亡期間從祖星脫落的物質中。這導致這種浪費的亮度增加。
這項研究背後的團隊在分析 2024 年觀測到的一顆超新星（編號為 SN 2024afav）的數據時證實了這種關聯。這項研究揭示了這顆超新星的光變曲線中存在奇怪的“鳴叫聲”，這表明磁星引起的廣義相對論效應。
菲利彭科說：“丹·卡森和斯坦·伍斯利模型的基礎是，你所需要的只是磁星內部深處的能量，其中很大一部分會被吸收，這將解釋為什麼該物體具有超光度。” “沒有證明的是，磁星實際上是在超新星的中間形成的。”
研究人員補充說，這就是這項研究最終證明的內容，該研究於週三（3 月 11 日）發表在《自然》雜誌上。
「多年來，磁星的想法幾乎就像是理論家的魔術——在超新星碎片層後面隱藏了一個強大的引擎。這是對這些爆炸的非凡亮度的自然解釋，但我們無法直接看到它，」卡森說。 “這個超新星信號中的鳴叫聲就像拉開帷幕的引擎一樣，揭示了它確實存在。”
超新星確鑿證據
2024 年 12 月，拉斯昆布雷斯天文台的 27 望遠鏡網絡發現了 SN 2024afav 的光芒，天文學家對其進行了 200 天的追蹤。研究團隊注意到，這顆距離地球約10億光年的超新星並沒有像典型的超新星那樣逐漸消失。
在 50 天達到峰值後，SN 2024afav 的亮度逐漸向下變化，出現一系列四個可見的亮度“凸起”，類似於頻率增加的聲音。因此，這些功能被標記為推文。
在其他超新星的光變曲線中也發現了類似的凸起，科學家將它們與中央恆星體發出的衝擊波以及撞擊先前噴射的物質聯繫起來。然而，之前的超新星還沒有表現出多達四次這樣的鳴叫聲。
團隊推測，SN 2024afav 第一次爆炸產生的物質在噴射後實際上落回了中央磁星，在這個強大的恆星遺跡周圍形成了一個扁平的旋轉雲，稱為吸積盤。
由於超新星中噴射出的物質不太可能是對稱的，因此吸積盤也不太可能是對稱的。這會導致磁星的旋轉軸和收集盤的旋轉軸錯誤。
愛因斯坦的引力理論（稱為廣義相對論）表明，當大質量物體旋轉時，它們會隨之拉動空間結構，這個過程稱為「框架阻力」或「透鏡-蒂林效應」。這種效應會導致吸積盤振盪，振盪的吸積盤偶爾會阻擋來自磁星的光，偶爾反射它。這會產生頻閃效應，將整個系統變成宇宙「燈塔」。
隨著圓盤收縮並落入磁星，振盪速度增加，從而產生 SN 2024afav 光變曲線中看到的啁啾聲。
「我們測試了幾種想法，包括純粹的牛頓效應和磁星磁場驅動的進動，但只有 Lense-Thirring 進動與時間完美匹配，」該論文的主要作者、加州大學伯克利分校的約瑟夫·法拉赫說。 “這是第一次需要廣義相對論來描述超新星的力學。”
研究團隊也確定了這個中心物體每秒旋轉約 238 次，磁場約為 300 百萬 比地球磁層強一倍，證實這是一顆磁星。這是天文學家一直在尋找的將磁星和超亮超新星聯繫起來的確鑿證據。
「他（主要作者約瑟夫法拉赫）已經解決了磁星模型，並用天文物理學中經過最好檢驗的理論——廣義相對論解釋了一切。它非常優雅。」菲利彭科補充道。 “看到愛因斯坦廣義相對論的明顯效應總是令人興奮，但第一次在超新星中看到它尤其令人興奮。”
