La si sospettava da tempo, una connessione tra magnetar e supernove. E in particolare tra le magnetar e le cosiddette supernove superluminose, esplosioni talmente potenti da superare di dieci e più volte la luminosità delle normali supernove. Mancava però una conferma, una prova osservativa. Conferma ora giunta dallo studio di Sn 2024afav, una supernova superluminosa scoperta nel dicembre 2024 dalla rete di 27 telescopi del Las Cumbres Observatory, che ne ha tracciato la luminosità per oltre 200 giorni. Misure che hanno consentito di compiere anche una seconda, importante, scoperta: un andamento ondulatorio della luminosità a forma di chirp – dunque di frequenza che aumenta con il tempo, simile al segnale d’onde gravitazionali prodotto dalla fusione di buchi neri. Andamento spiegabile solo come effetto di un fenomeno tipicamente relativistico, sostengono gli autori dello studio che riporta il risultato, pubblicato la scorsa settimana su Nature: la precessione di Lense-Thirring.
Rappresentazione artistica di una magnetar che, ruotando, distorce lo spaziotempo, provocando l’oscillazione del disco di materia che la circonda. Crediti: Joseph Farah e Curtis McCully del Las Cumbres Observatory
L’oggetto al centro dello studio, dicevamo, è la supernova Sn 2024afav, a circa un miliardo di anni luce da noi. Dopo l’esplosione iniziale, la supernova ha mostrato un comportamento insolito: la sua luminosità non è diminuita in modo regolare, come le supernove classiche, ma ha presentato una serie di ondulazioni. Quattro “gobbe” a intervalli sempre più ravvicinati nel tempo: un chirp luminoso, appunto. La presenza di questo segnale ha suggerito che l’origine delle oscillazioni non fosse un fenomeno casuale, bensì un processo fisico.
Già in passato, va detto, si erano registrati uno o due picchi nella curva d’attenuazione di supernove superluminose, interpretati come l’aumento di luminosità prodotto dalla collisione dell’onda d’urto della supernova con gli strati di gas attorno alla stella. Quattro oscillazioni, però, non s’erano mai viste. Cosa può modulare l’emissione in questo modo? Secondo il team guidato da Joseph Farah, dottorando a Uc Santa Barbara (Usa) e primo autore dell’articolo pubblicato su Nature, la spiegazione sta nel piccolo disco di accrescimento che si è formato dalla materia espulsa dalla supernova e ricaduta poi progressivamente verso il centro, laddove si è formata la magnetar – una stella di neutroni, ricordiamo, dal campo magnetico estremamente forte. Nel caso di Sn 2024afav, i dati indicano che la magnetar esprima un campo magnetico dell’ordine di 1014 gauss – dunque centinaia di migliaia di miliardi di volte più forte del campo magnetico terrestre – e abbia un periodo di rotazione di appena 4,2 secondi.
L’andamento della luminosità della supernova Sn 2024afav registrato nel tempo da tre diversi telescopi, tra cui quelli dell’Osservatorio Las Cumbres. Dopo aver raggiunto il massimo della luminosità, la supernova si è affievolita, ma ha registrato diversi picchi di luminosità con periodi sempre più brevi. I ricercatori chiamano questo tipo di segnale a frequenza crescente “chirp”. Il modello di una magnetar con un disco di accrescimento che oscilla a causa di effetti di relatività generale è quello che meglio descrive queste curve di luce. Crediti: Joseph Farah et al., Nature, 2026
Data la sua enorme massa, ruotando su sé stessa la magnetar trascina con sé lo spaziotempo circostante, e con esso il disco di accrescimento. È appunto l’effetto Lense-Thirring citato all’inizio. Ora, non essendo i due assi di rotazione – del disco e della magnetar – perfettamente allineati, ecco che il disco va incontro a un fenomeno di precessione: ruotando oscilla, un po’ come una trottola inclinata. Così oscillando, il piano del disco finisce per bloccare periodicamente la luce proveniente dalla magnetar. E non con frequenza costante: man mano che la materia di cui è fatto il disco si restringe verso il centro, in direzione della magnetar, ecco che il disco stesso, diventando più piccolo, oscilla più rapidamente, imprimendo così nella curva di luce gobbe sempre più ravvicinate: esattamente quel chirp osservato dai telescopi.
«Non c’era alcun modello in grado di spiegare una sequenza di picchi che aumentano di frequenza nel tempo», dice Farah. «Così ho iniziato a pensare a cosa potesse produrla, perché il segnale sembrava troppo strutturato per essere il risultato di interazioni casuali. Abbiamo messo alla prova diverse ipotesi, tra cui gli effetti puramente newtoniani e la precessione determinata dai campi magnetici del magnetar, ma solo la precessione di Lense-Thirring corrispondeva perfettamente alla tempistica osservata».
«Quasi vent’anni fa sono stato uno degli autori della scoperta delle supernove superluminose», ricorda uno dei coautori dell’articolo, l’astrofisico Andy Howell, oggi alla guida del team per lo studio delle supernove al Las Cumbres Observatory. «All’inizio non sapevamo cosa fossero. Poi è stato elaborato il modello delle magnetar, che sembrava poter rendere conto delle incredibili energie necessarie, ma non spiegava i picchi. Credo che Joseph abbia ora trovato la prova schiacciante. È riuscito a collegare le irregolarità al modello delle magnetar e a spiegare tutto con la teoria più consolidata dell’astrofisica: la relatività generale. Tutto ciò è incredibilmente elegante».
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “Lense–Thirring precessing magnetar engine drives a superluminous supernova”, di Joseph R. Farah, Logan J. Prust, D. Andrew Howell, Yuan Qi Ni, Curtis McCully, Moira Andrews, Harsh Kumar, Daichi Hiramatsu, Sebastian Gomez, Kathryn Wynn, Alexei V. Filippenko, K. Azalee Bostroem, Edo Berger e Peter Blanchard