L'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA ha catturato molte immagini spettacolari di fenomeni cosmici nei suoi due decenni di attività, ma forse il suo più iconico è il resto di supernova Cassiopeia A.

Situato a circa 11, 000 anni luce dalla Terra, Cas A (come è soprannominato) è il campo di detriti incandescente lasciato dopo l'esplosione di una stella massiccia. Quando la stella ha finito il carburante, è crollato su se stesso ed è esploso come una supernova, forse diventando per breve tempo uno degli oggetti più luminosi del cielo. (Sebbene gli astronomi pensino che ciò sia accaduto intorno all'anno 1680, non ci sono documenti storici verificabili a conferma di ciò.)

Le onde d'urto generate da questa esplosione hanno sovraccaricato il relitto stellare e il suo ambiente, facendo risplendere i detriti in molti tipi di luce, in particolare i raggi X. Poco dopo il lancio di Chandra a bordo dello Space Shuttle Columbia il 23 luglio, 1999, gli astronomi hanno diretto l'osservatorio per puntare verso Cas A. È stato descritto nell'immagine ufficiale "First Light" di Chandra, rilasciato il 26 agosto 1999, e ha segnato un momento fondamentale non solo per l'osservatorio, ma per il campo dell'astronomia a raggi X. Vicino al centro dell'intricato schema dei detriti in espansione dalla stella in frantumi, l'immagine rivelata, per la prima volta, un oggetto denso chiamato stella di neutroni che la supernova si è lasciata alle spalle.

Da allora, Chandra è tornata più volte a Cas A per saperne di più su questo importante oggetto. Un nuovo video mostra l'evoluzione di Cas A nel tempo, consentendo agli spettatori di guardare mentre il gas incredibilmente caldo - circa 20 milioni di gradi Fahrenheit - nel resto si espande verso l'esterno. Questi dati a raggi X sono stati combinati con i dati di un altro dei "Grandi Osservatori" della NASA. " il telescopio spaziale Hubble, mostrando delicate strutture filamentose di gas più freddi con temperature di circa 20, 000 gradi Fahrenheit. I dati Hubble di un singolo periodo di tempo vengono mostrati per enfatizzare i cambiamenti nei dati Chandra.

Il video mostra le osservazioni di Chandra di Cas A dal 2000 al 2013. In quel periodo, un bambino potrebbe entrare all'asilo e diplomarsi al liceo. Anche se la trasformazione potrebbe non essere così evidente come quella di uno studente nello stesso periodo, è straordinario osservare un oggetto cosmico cambiare sulla scala temporale umana.

Il blu, la regione esterna di Cas A mostra l'onda d'urto in espansione dell'esplosione. L'onda d'urto è composta da onde d'urto, simile ai boom sonici generati da un aereo supersonico. Queste onde d'urto in espansione producono emissione di raggi X e sono siti in cui le particelle vengono accelerate a energie che raggiungono circa due volte più alte del più potente acceleratore sulla Terra, il Large Hadron Collider. Mentre l'onda d'urto viaggia verso l'esterno a una velocità di circa 11 milioni di miglia orarie, incontra il materiale circostante e rallenta, generando una seconda onda d'urto, chiamata "shock inverso", che viaggia all'indietro, simile a come un ingorgo viaggia a ritroso dalla scena di un incidente in autostrada.

Di solito si osserva che questi shock inversi sono deboli e si muovono molto più lentamente dell'onda d'urto. Però, un team di astronomi guidati da Toshiki Sato di RIKEN a Saitama, Giappone, e il Goddard Space Flight Center della NASA, hanno riportato shock inversi in Cas A che appaiono luminosi e in rapido movimento, con velocità comprese tra circa 5 e 9 milioni di miglia all'ora. Questi insoliti shock inversi sono probabilmente causati dall'onda d'urto che incontra grumi di materiale che circondano il residuo, come Sato e il team discutono nel loro studio del 2018. Questo fa sì che l'onda d'urto rallenti più rapidamente, che riattiva lo shock inverso, rendendolo più luminoso e veloce. Le particelle vengono anche accelerate a energie colossali da questi shock che si muovono verso l'interno, raggiungendo circa 30 volte le energie di LHC.

Questo recente studio di Cas A si aggiunge a una lunga collezione di scoperte di Chandra nel corso dei 20 anni del telescopio. Oltre a trovare la stella di neutroni centrale, I dati di Chandra hanno rivelato la distribuzione degli elementi essenziali per la vita espulsi dall'esplosione (mostrati sopra), hanno costruito un notevole modello tridimensionale del resto di supernova, e altro ancora.

Gli scienziati hanno anche creato un record storico in luce ottica di Cas A utilizzando lastre fotografiche dell'Osservatorio Palomar in California dal 1951 al 1989 che erano state digitalizzate dal programma Digitized Access to a Sky Century @ Harvard (DASCH), situato presso il Centro di Astrofisica | Harvard e Smithsonian (CfA). Questi sono stati combinati con le immagini scattate dal telescopio spaziale Hubble tra il 2000 e il 2011. Questo sguardo a lungo termine su Cas A ha permesso agli astronomi Dan Patnaude del CfA e Robert Fesen del Dartmouth College di saperne di più sulla fisica dell'esplosione e sui resti risultanti da sia i raggi X che i dati ottici.

Questo recente studio di Cas A si aggiunge a una lunga collezione di scoperte di Chandra nel corso dei 20 anni del telescopio. Oltre a trovare la stella di neutroni centrale, I dati di Chandra hanno rivelato la distribuzione degli elementi essenziali per la vita espulsi dall'esplosione, indizi sui dettagli di come la stella è esplosa, e altro ancora.