Telescopul Fermi al NASA ar fi putut surprinde o supernovă monstru fiind turboalimentată de unul dintre cele mai extreme obiecte din Univers: un magnetar nou-născut.
Telescopul spațial Fermi Gamma-ray al NASA ar fi putut, în sfârșit, să descopere ce alimentează unele dintre cele mai strălucitoare explozii stelare observate vreodată. După ce a studiat ani de date, o echipă internațională de cercetare a găsit dovezi puternice că o supernovă superluminioasă rară a fost energizată de o stea neutronică extrem de magnetică, formată în timpul colapsului stelei.
"Timp de aproape 20 de ani, astronomii au căutat în datele Fermi semnale gamma de la mii de supernove și, deși au fost raportate câteva indicii intrigante, niciuna nu a fost definitivă până acum", a declarat Fabio Acero, conducătorul studiului de la Centrul Național Francez pentru Cercetare Științifică (CNRS) și Universitatea Paris-Saclay.
Supernovele cu colaps de miez apar atunci când o stea masivă epuizează combustibilul necesar pentru a-și susține miezul. Fără acea sursă de energie, miezul se prăbușește sub gravitație și declanșează o explozie violentă. În funcție de condiții, colapsul poate lăsa în urmă fie o stea neutronică, fie o gaură neagră. Restul stelei este aruncat în spațiu sub forma unui nor în expansiune de gaz extrem de fierbinte.
În ultimele două decenii, astronomii au identificat aproape 400 de exemple neobișnuit de puternice, cunoscute sub numele de supernove superluminioase. Aceste explozii rare pot străluci de cel puțin 10 ori mai puternic în lumină vizibilă decât supernovele obișnuite.
În 2024, cercetătorii conduși de Li Shang de la Universitatea Anhui din Hefei, China, au sugerat că telescopul cu suprafață mare Fermi ar fi putut detecta raze gamma de la unul dintre aceste evenimente la ani după ce a avut loc explozia. Obiectul, numit SN 2017egm, a erupt în galaxia NGC 3191, la aproximativ 440 de milioane de ani lumină distanță, în constelația Ursa Mare. Chiar și de la această distanță enormă, rămâne una dintre cele mai apropiate supernove superluminioase observate vreodată de pe Pământ.
"Am căutat raze gamma de la cele mai apropiate șase supernove superluminioase observate în timpul primilor 16 ani ai misiunii Fermi", a declarat Guillem Martí-Devesa, cercetător anterior la Universitatea din Trieste din Italia și acum cercetător la Institutul de Științe Spațiale din Barcelona, Spania. "Doar SN 2017egm prezintă dovezi pentru raze gamma, confirmând indiciile anterioare că unele supernove pot fi la fel de luminoase în raze gamma pe cât sunt în lumină vizibilă. Acest lucru deschide o nouă fereastră pentru studierea acestor evenimente fascinante."
Oamenii de știință au dezbătut mult timp ce anume conferă supernovelor superluminioase strălucirea lor extraordinară. O explicație principală implică magnetarii, care sunt stele neutronice cu cele mai puternice câmpuri magnetice cunoscute în univers. Câmpurile lor magnetice pot fi de până la 1.000 de ori mai puternice decât cele ale stelelor neutronice obișnuite, atingând intensități de aproximativ 10 trilioane de ori mai mari decât un magnet de frigider.
Pentru a investiga mai departe, echipa a examinat îndeaproape atât semnalele luminii vizibile, cât și ale razelor gamma de la SN 2017egm și a comparat observațiile cu diferite modele teoretice. Un model creat de co-autorii Indrek Vurm de la Universitatea din Tartu din Estonia și Brian Metzger de la Universitatea Columbia din New York City a urmărit modul în care radiațiile și particulele de la un magnetar nou-născut s-ar deplasa prin resturile supernovei în expansiune.
Cercetătorii cred că un magnetar nou format se poate roti de câteva sute de ori pe secundă. Acea viteză incredibilă generează un flux puternic de electroni și pozitroni, care sunt versiunile de antimaterie ale electronilor. Împreună, aceste particule creează un nor uriaș de material de înaltă energie, numit nebuloasă de vânt magnetar.
În interiorul acestei nebuloase, interacțiunile particulelor pot genera raze gamma în mai multe moduri. Electronii și pozitronii se pot ciocni și transforma în fotoni gamma, în timp ce razele gamma în sine se pot ciocni și crea noi particule. Pe măsură ce aceste interacțiuni continuă, o mare parte din energia razelor gamma rămâne blocată în interiorul resturilor supernovei și este transformată în lumină vizibilă de energie mai mică, ajutând la crearea unei explozii excepțional de strălucitoare.
"La aproximativ trei luni după colaps, pe măsură ce resturile supernovei se extind și se răcesc, razele gamma pot începe să se scurgă", a spus Acero. "Acest model magnetar reproduce cel mai bine luminozitatea supernovei și timpul de sosire a razelor sale gamma în timpul primelor luni, dar vedem loc de îmbunătățire ulterior, când lumina vizibilă se estompează destul de neregulat."
Cercetătorii sugerează că procese suplimentare au influențat probabil supernova în timpul declinului său lung în luminozitate. Acestea pot include materialul care cade înapoi spre magnetar și coliziunile dintre unda de șoc în expansiune și materia expulzată de stea cu secole înainte de a exploda.
Echipa a explorat, de asemenea, dacă observatoarele viitoare ar putea detecta evenimente similare. Ei au descoperit că viitorul Observator de rețea de telescoape Cerenkov ar trebui să fie capabil să observe supernove precum SN 2017egm de la distanțe de până la aproximativ 500 de milioane de ani lumină distanță, cu aproximativ 50 de ore de timp de observație.
Oamenii de știință spun că cooperarea viitoare dintre observatoarele terestre și telescoapele spațiale NASA va ajuta la dezvăluirea și mai multor informații despre aceste explozii stelare violente și despre obiectele extreme ascunse în interiorul lor.
"Mecanismul motorului central magnetar discutat în această lucrare se bazează pe multe progrese observaționale și teoretice în magnetari în ultimii 20 de ani", a declarat Judy Racusin, om de știință adjunct de proiect pentru misiunea Fermi la Centrul de Zbor Spațial Goddard al NASA din Greenbelt, Maryland. "Observarea razelor gamma de la supernove ne va oferi o nouă modalitate de a explora funcționarea lor internă."