Le onde d’urto in Cas A rivelano dettagli importanti sulla supernova e la stella progenitrice
Uno degli aspetti più affascinanti dei resti di supernova (nebulose in rapida espansione prodotte dall’esplosione di stelle di grande massa) è che dallo studio delle loro proprietà è possibile comprendere i processi fisici avvenuti durante l’esplosione di supernova e le proprietà della stella esplosa. Per questo scopo, sono di grande interesse le proprietà chimico-fisiche degli ejecta (ossia i frammenti di materia espulsi dalla supernova a velocità anche superiori ai 10000 km/sec), e la morfologia delle onde d’urto che caratterizzano il resto di supernova: sia di quella prodotta direttamente dall’esplosione, e che si propaga sempre verso l’esterno (l’onda d’urto diretta), sia quella prodotta dall’interazione tra l’onda d’urto diretta ed il mezzo circostante, detta onda d’urto inversa. La direzione di propagazione dell’onda d’urto inversa misurata da un’osservatore esterno dipende dalla sua velocità di propagazione rispetto a quella degli ejecta (che si espandono sempre). Dal punto di vista degli ejecta, infatti, l’onda d’urto inversa si propaga sempre verso di essi, comprimendoli e riscaldandoli. Dal punto di vista di un osservatore esterno, invece, l’onda d’urto inversa appare muoversi verso l’interno se la sua propagazione attraverso gli ejecta è più rapida dell’espansione degli ejecta stessi. Questo può avvenire, ad esempio, appena gli ejecta rallentano per via dell’espansione del resto di supernova o a causa dell’interazione con il mezzo ambiente, ossia con gas e polveri circostanti.
Il resto di supernova Cassiopeia A (Cas A) è uno dei resti più interessanti per le asimmetrie dei suoi ejecta, sia morfologiche che chimiche. Come dimostrato da uno studio del 2021 (link) guidato da astronomi dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo, la maggior parte di queste asimmetrie sono da ricondurre ai processi in atto durante l’esplosione della stella progenitrice. L’onda d’urto diretta, invece, si sta propagando in modo quasi del tutto omogeneo con una velocità di circa 5500 km/sec, senza evidenti disomogeneità. Al contrario, l’onda d’urto inversa di Cas A ha una struttura tutt’altro che omogenea. Infatti, mentre nei quadranti ad est e nord si sta propagando verso l’esterno con una velocità che va dai 2000 ai 4000 km/sec, nelle restanti parti del resto di supernova appare stazionaria o in moto verso l’interno con velocità fino a 2000 km/sec.
Il team guidato dall’astrofisico S. Orlando (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo) ha recentemente presentato dei modelli idrodinamici e magnetoidrodinamici che riescono a spiegare le caratteristiche di Cas A come conseguenza dell’interazione del resto di supernova con un guscio di mezzo circumstellare pre-esistente, con una massa di circa 2 masse solari, e dalla struttura non omogenea, essendo più denso da un lato. Questo guscio è stato prodotto presumibilmente dalla stella progenitrice durante le sue fasi evolutive precedenti all’esplosione. Le fasi di gigante e supergigante delle stelle, infatti, sono tipicamente caratterizzate da importanti espulsioni di massa, soprattutto quando le stelle sono in sistemi binari ravvicinati. In particolare, la stella progenitrice di Cas A potrebbe aver perso tra le 9 e le 14 masse solare di materiale durante le sue fasi evolutive finali, e questo guscio potrebbe essere il risultato di una violenta espulsione di massa avvenuta 10000-100000 anni prima dell’esplosione, durante l’evoluzione della progenitrice in un sistema binario, o del vento espulso con velocità di circa 1000 km/sec durante una breve fase di Wolf-Rayet (stelle di grande massa che hanno espulso gli strati esterni ricchi di idrogeno mostrando una superficie ricca di elio) avvenuta poco prima dell’esplosione. L’interazione tra il resto di supernova e questo sottile (0.07 anni luce di spessore) e disomogeneo guscio di mezzo circumstellare è avvenuta nei primi 300 anni di evoluzione di Cas A, ed ha prodotto un’onda d’urto riflessa che ha interagito con l’onda d’urto inversa. Quest’ultima ha risentito particolarmente di questa interazione, in particolare dove il guscio di materiale circumstellare è più denso, risultando nelle proprietà asimmetriche dell’onda d’urto inversa ed omogenee dell’onda d’urto diretta osservate oggi in Cas A. Lo studio è descritto nell’articolo: “Evidence for past interaction with an asymmetric circumstellar shell in the young SNR Cassiopeia A“, recentemente pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics. Allo studio hanno partecipato altri dieci astronomi di vari istituti, tra cui F. Bocchino dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo e M. Miceli e G. Peres dell’Università degli Studi di Palermo ed INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo.
La figura (cliccare qui per visualizzare l’immagine interamente) mostra una sezione del materiale riscaldato e compresso dall’onda d’urto in Cas A negli intervalli di tempo indicati nei singoli pannelli. Il cerchio tratteggiato mostra la posizione della guscio di materiale circumstellare (notare la scala spaziale che aumenta per seguire l’espansione del resto di supernova), mentre la croce indica il centro dell’esplosione.
Mario Giuseppe Guarcello ( segui mguarce) ( youtube)
Segui la pagina Facebook dell’Osservatorio Astronomico di Palermo
Iscriviti al canale Youtube dell’Osservatorio Astronomico di Palermo