Een nieuw gedetecteerd signaal van een exploderende ster, genaamd SN 2024afav, heeft het eerste observationele bewijs opgeleverd dat Einsteins algemene relativiteitstheorie het gedrag van enkele van de helderste supernova’s in het heelal bepaalt. Het signaal, dat wordt beschreven als een duidelijk ‘piepgeluid’ in de lichtcurve van de ster, geeft aan dat deze explosies worden aangedreven door snel draaiende, sterk gemagnetiseerde neutronensterren – magnetars – waarvan de omgevingen zijn vervormd door extreme zwaartekracht.
Het mysterie van superlichtgevende supernova’s
Superlumineuze supernova’s behoren tot de meest energetische gebeurtenissen in de kosmos en overtreffen typische supernova’s met een factor 100. In tegenstelling tot standaardsupernova’s die een voorspelbaar helderder en vervagend patroon volgen, vertonen deze extreme explosies onregelmatige “hobbels” in hun lichtcurven. Jarenlang hebben astrofysici vermoed dat magnetars – nieuw gevormde neutronensterren met intense magnetische velden – deze explosies veroorzaken, maar de bron van de hobbels bleef onbekend.
De heersende theorie was dat energie van de draaiende magnetar wordt overgebracht naar het uitzettende puin. Dit verklaarde echter niet de waargenomen patronen. De recente waarneming van SN 2024afav, ruim een miljard lichtjaar verwijderd, onthulde een periodiek signaal waarbij de tijd tussen helderheidspieken in de loop van de tijd afnam – een veelbetekenend piepgeluid.
Relativiteit in actie: frame-slepende en wiebelende schijven
Het pieppatroon is volgens een team onder leiding van Joseph Farah van het Las Cumbres Observatorium een direct gevolg van de Lense-Thirring-precessie, een fenomeen dat wordt voorspeld door de algemene relativiteitstheorie. Dit effect beschrijft hoe roterende, massieve objecten de ruimtetijd om hen heen vervormen.
De pasgeboren magnetar creëert een gekantelde schijf van materiaal die eromheen draait. Door de extreme zwaartekracht en spin blijft de schijf niet stabiel; in plaats daarvan wiebelt het als een tol. Deze schommeling blokkeert periodiek de energie van de magnetar of leidt deze om naar het uitdijende supernova-puin, waardoor de waargenomen helderheidsbobbels ontstaan. Naarmate de schijf naar binnen draait, wordt het sleepeffect van het frame sterker, waardoor het wiebelen versnelt en het getjilp sneller wordt.
‘Dit is de eerste keer dat de algemene relativiteitstheorie nodig is om de werking van een supernova te beschrijven’, zegt Farah. “We hebben verschillende ideeën getest, maar alleen de precessie van Lense-Thirring paste perfect bij de timing.”
Implicaties voor natuurkunde en toekomstig onderzoek
De ontdekking bevestigt dat magnetar-spin-down superlumineuze supernova’s aandrijft en biedt een concrete verklaring voor de voorheen onverklaarde hobbels in hun lichtcurven. Belangrijker nog is dat het aantoont dat extreme astrofysische gebeurtenissen een unieke omgeving bieden om de grenzen van de algemene relativiteitstheorie te testen. De intense zwaartekracht en dynamiek van deze explosies creëren omstandigheden waarin relativistische effecten niet alleen theoretisch maar ook direct waarneembaar zijn.
Deze bevinding opent nieuwe wegen voor het bestuderen van de fundamentele fysica die de meest gewelddadige gebeurtenissen in het heelal beheerst, en daagt ons begrip uit van hoe materie zich onder extreme omstandigheden gedraagt. De waarneming bevestigt dat zelfs bij de meest catastrofale kosmische gebeurtenissen de theorie van Einstein een krachtig hulpmiddel blijft om de werkelijkheid te begrijpen.
