Cassiopea A è una nebulosa, o nuvola di gas, lasciata da una supernova nella costellazione di Cassiopea. Si trova a circa 11.000 anni luce dalla Terra, il che la rende uno dei resti di supernova più vicini. La nebulosa, larga circa 16 anni luce, è composta da gas (principalmente idrogeno) espulso sia prima che durante l'esplosione che ha lacerato la stella originale. Un'onda d'urto di quell'esplosione sta ancora increspando il gas e i modelli teorici mostrano che dovrebbe espandersi in modo uniforme, come un palloncino perfettamente arrotondato che viene costantemente gonfiato.
Tuttavia, ora, i ricercatori hanno scoperto che l'onda d'urto sta accelerando a velocità diverse, con una sezione che collassa all'indietro verso l'origine dell'esplosione stellare, o supernova, in quello che viene definito "shock inverso".
"Per molto tempo abbiamo sospettato che qualcosa di strano stesse accadendo all'interno di Cassiopea A", ha detto Jacco Vink, l'autore principale dello studio pubblicato sul server arXiv e astronomo dell'Università di Amsterdam nei Paesi Bassi. Precedenti studi avevano dimostrato che i movimenti interni all'interno della nebulosa erano "piuttosto caotici" e hanno evidenziato che la regione occidentale dell'onda d'urto che si muove attraverso la nuvola di gas potrebbe anche andare nella direzione sbagliata, ha aggiunto.
Espansione irregolare
L'attuale velocità media del gas in espansione in Cassiopea A è di circa 21,6 milioni di chilometri orari, il che la rende una delle onde d'urto più veloci mai viste in un residuo di supernova, ha detto Vink.
La luce di Cassiopea A raggiunse la Terra nel 1680. Ma nel tempo, le onde d'urto perdono lo slancio iniziale e rallentano.
Cassiopea A è costituita da due principali bande di gas in espansione: un guscio interno e un guscio esterno. Questi due gusci sono due metà della stessa onda d'urto e, attraverso la maggior parte della nebulosa, i gusci interno ed esterno viaggiano alla stessa velocità e nella stessa direzione. Ma nella regione occidentale, i due gusci stanno andando in direzioni opposte: il guscio esterno si sta ancora espandendo verso l'esterno, ma il guscio interno si sta spostando indietro verso il punto di origine.
Lo shock inverso si sta ritirando a circa 6,9 milioni di chilometri orari, che è circa un terzo della velocità di espansione media del resto della nebulosa. Tuttavia, ciò che ha davvero sconcertato i ricercatori è stata la velocità con cui si stava espandendo il guscio esterno rispetto al guscio interno in ritirata in questa regione. Il team si aspettava che il guscio esterno si espandesse a una velocità ridotta rispetto al resto dell'onda d'urto, ma ha scoperto che in realtà stava accelerando più velocemente che in altre regioni.
Un'immagine di Cassiopea A che mostra l'onda d'urto che si muove attraverso i gusci di gas interni ed esterni.
Crediti: J.Vink/astronomie.nl
Fuori dai modelli
L'insolita espansione all'interno della regione occidentale di Cassiopea A non corrisponde ai modelli teorici di supernova e suggerisce che qualcosa sia successo all'onda d'urto all'indomani dell'esplosione stellare, ha detto Vink.
I ricercatori hanno affermato che la spiegazione più probabile è che l'onda d'urto si sia scontrata con un altro guscio di gas espulso dalla stella prima che esplodesse. Quando l'onda d'urto ha colpito il primo gas, ha rallentato e creato un accumulo di pressione che poi ha spinto il guscio interno a tornare verso il centro. Il guscio esterno, invece, ha superato questo blocco, ricominciando ad accelerare una volta dall'altra parte.
Il motivo alla base di questa originale onda d'urto, va cercato nelle peculiarità di Cassiopea A, che è il risultato di una supernova di tipo IIb, in cui una stella massiccia è esplosa dopo aver perso quasi completamente i suoi strati esterni.
"Le stime dei raggi X suggeriscono che la stella fosse da quattro a sei volte la massa del Sole durante l'esplosione", ha detto Vink, ma molto probabilmente aveva una massa pari a circa 18 volte quella del Sole quando è nata. Ciò significa che la stella ha perso circa due terzi della sua massa, la maggior parte della quale sarebbe stata idrogeno, prima di esplodere.
Non è chiaro perché Cassiopea A possa aver perso così tanta massa ma una teoria condivisa è che avesse una compagna, esplosa anch'essa in supernova. Quest'ultima avrebbe aver fatto esplodere la "pelle" di idrogeno di Cassiopea A durante il processo, prima ancora che esplodesse a sua volta.
Il nuovo studio si è basato sui dati raccolti in 19 anni dall'osservatorio a raggi X della NASA Chandra.
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