Come un ornamento lucido e rotondo pronto per essere posizionato nel punto perfetto sull’albero di Natale, i resti della supernova Cassiopea A (Cas A) brillano in una nuova immagine ottenuta dal telescopio spaziale James Webb di NASA/ESA/CSA. NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb di Cas A mostra un’esplosione molto violenta con una risoluzione precedentemente irraggiungibile a queste lunghezze d’onda. Questo sguardo ad alta risoluzione svela dettagli intricati del guscio di materiale in espansione che si schianta contro il gas rilasciato dalla stella prima che esploda.
Cas A è uno dei resti di supernova meglio studiati in tutto il cosmo. Nel corso degli anni, gli osservatori terrestri e spaziali, compreso il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA, hanno assemblato collettivamente un’immagine a più lunghezze d’onda dei resti lacerati dell’oggetto. Tuttavia, gli astronomi sono ora entrati in una nuova era nello studio di Cas A. Nell’aprile 2023, il MIRI (Mid-Infrared Instrument) di Webb ha dato il via a questo nuovo capitolo, rivelando nuove e inaspettate caratteristiche all’interno del guscio interno dei resti di supernova. Molte di queste caratteristiche, però, sono invisibili nella nuova immagine NIRCam e gli astronomi stanno indagando sul motivo.
La luce infrarossa è invisibile ai nostri occhi, quindi gli elaboratori di immagini e gli scienziati rappresentano queste lunghezze d’onda della luce con colori visibili. Nell’immagine più recente di Cas A, i colori sono stati assegnati ai diversi filtri di NIRCam e ciascuno di questi colori suggerisce una diversa attività che si verifica all’interno dell’oggetto.
A prima vista, l’immagine NIRCam potrebbe apparire meno colorata dell’immagine MIRI. Questo però non significa che ci siano meno informazioni: si tratta semplicemente delle lunghezze d’onda in cui il materiale dell’oggetto emette la sua luce.
I colori più evidenti nell’immagine più recente di Webb sono ciuffi di arancione brillante e rosa chiaro che compongono il guscio interno del resto di supernova. La visione estremamente nitida di Webb è in grado di rilevare i più piccoli grumi di gas, composti da zolfo, ossigeno, argon e neon, provenienti dalla stella stessa. In questo gas è racchiusa una miscela di polvere e molecole, che alla fine verrà incorporata in nuove stelle e sistemi planetari. Alcuni filamenti sono troppo piccoli per ottenere risoluzione, anche per Webb, il che significa che sono paragonabili o inferiori a 16 miliardi di km (circa 100 unità astronomiche). Per rendere l’idea, l’intera Cas A si estende per 10 anni luce, ovvero circa 96 trilioni di km.
Confrontando la nuova visione di Cas A nel vicino infrarosso di Webb con la visione nel medio infrarosso, la sua cavità interna e il guscio più esterno sono curiosamente privi di colore. La periferia del guscio interno principale, che appariva di colore arancione intenso e rosso nell’immagine MIRI, ora sembra fumo proveniente da un falò. Questo segna il punto in cui l’onda d’urto della supernova si sta abbattendo sul materiale circumstellare circostante. La polvere nel materiale circumstellare è troppo fredda per essere rilevata direttamente alle lunghezze d’onda del vicino infrarosso, ma si illumina nel medio infrarosso.
I ricercatori hanno concluso che il colore bianco è la luce proveniente dalla radiazione di sincrotrone, che viene emessa attraverso lo spettro elettromagnetico, compreso il vicino infrarosso. È generato da particelle cariche che viaggiano a velocità estremamente elevate e si muovono a spirale attorno alle linee del campo magnetico. La radiazione di sincrotrone è visibile anche nei gusci a forma di bolla nella metà inferiore della cavità interna.
Inoltre, nella vista nel vicino infrarosso non si vede il circuito di luce verde nella cavità centrale di Cas A che brillava nella luce nel medio infrarosso, opportunamente soprannominato il “Green Monster” dal gruppo di ricerca. Questa caratteristica è stata descritta come “difficile da comprendere” dai ricercatori al momento del loro primo esame.
Sebbene il verde del mostro verde non sia visibile in NIRCam, ciò che rimane nel vicino infrarosso in quella regione può fornire informazioni sulla misteriosa caratteristica. I fori circolari visibili nell’immagine MIRI sono debolmente delineati in un’emissione bianca e viola nell’immagine NIRCam: ciò rappresenta il gas ionizzato. I ricercatori ritengono che ciò sia dovuto ai detriti della supernova che si spingono attraverso e scolpiscono il gas lasciato dalla stella prima che esplodesse.
I ricercatori sono rimasti assolutamente sbalorditi anche da una caratteristica affascinante nell’angolo in basso a destra del campo visivo di NIRCam. Chiamano quella grande massa striata Baby Cas A, perché sembra un discendente della supernova principale. È un’eco leggera. La luce proveniente dall’esplosione della stella avvenuta molto tempo fa ha raggiunto e sta riscaldando la polvere lontana, che brilla mentre si raffredda. La complessità della struttura della polvere e l’apparente vicinanza di Baby Cas A a Cas A stesso sono particolarmente intriganti per i ricercatori. In realtà, Baby Cas A si trova a circa 170 anni luce dietro il resto della supernova. Ci sono anche molti altri echi di luce più piccoli sparsi nel nuovo ritratto di Webb.
Il resto della supernova Cas A si trova a 11mila anni luce di distanza nella costellazione di Cassiopea. Dal nostro punto di vista si stima che sia esplosa circa 340 anni fa.
