Uno studio sulla natura del mostro verde nel resto di supernova Cas A
Un nuovo studio teorico dimostra che la struttura a buchi osservata dal James Webb Space Telescope nel “mostro verde” all’interno del resto di supernova Cas A è dovuta all’interazione tra uno strato di materiale circumstellare preesistente, investito dall’onda d’urto della supernova, e frammenti stellari dalla morfologia allungata prodotti da instabilità idrodinamiche.
I resti di supernova sono oggetti di grande interesse sia per lo studio di processi fisici estremi sia per comprendere cosa accade all’interno e attorno a una stella di grande massa negli ultimi istanti della sua vita, quando esplode in supernova. Questo è particolarmente vero per i resti di supernova più giovani di 1000 anni, che forniscono informazioni fondamentali sui meccanismi in atto durante l’esplosione, sull’importanza delle asimmetrie nella progenitrice e nel suo mezzo circumstellare, e sui processi di nucleosintesi. Cas A è uno dei pochi resti di supernova così giovani conosciuti e riveste un ruolo particolare grazie alla sua recente formazione: è stato infatti prodotto da una supernova esplosa appena 350 anni fa.
Data la sua importanza, non sorprende che Cas A sia stato uno dei primi resti di supernova osservati dal super-telescopio James Webb Space Telescope (JWST) della NASA e dell’ESA. Queste osservazioni hanno rivelato dettagli mai visti prima e sono state oggetto di studi già pubblicati, oltre che di diversi comunicati stampa. Una delle caratteristiche più sorprendenti di Cas A, rivelata dal JWST, è la presenza di una struttura con un’intensa emissione nel vicino infrarosso (in particolare a 10 e 11.3 micron), caratterizzata da una serie di buchi con dimensioni angolari comprese tra 1 e 3 arcosecondi. Questa struttura è stata denominata “mostro verde” per il caratteristico colore che assume nelle immagini a falsi colori del JWST rilasciate nei primi comunicati stampa.
Le simulazioni dell’evoluzione di Cas A, realizzate anni prima delle osservazioni del JWST da un team di ricercatori del nostro osservatorio esperti nello studio dei resti di supernova, avevano già predetto la possibile esistenza di strutture simili al mostro verde. Tuttavia, tali simulazioni non avevano una risoluzione spaziale adeguata per riprodurre i dettagli osservati dal JWST, né esploravano in modo completo tutti i processi fisici coinvolti. Per questo motivo, un team di ricercatori guidato dall’astrofisico S. Orlando (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo) ha condotto un nuovo studio teorico sulla natura del mostro verde, basandosi sulle simulazioni esistenti che seguono lo sviluppo di Cas A sin dal collasso del nucleo stellare.
In questo studio viene considerata l’esistenza di uno strato di materiale circumstellare, prodotto tra 10000 e 100000 anni prima dell’esplosione della supernova a seguito di una violenta eruzione stellare, e della sua compressione dovuta all’onda d’urto principale della supernova. Inoltre, sono stati inclusi i processi di raffreddamento radiativo (cioè la dispersione dell’energia sotto forma di radiazione), che per la prima volta è calcolato in modo autoconsistente tenendo conto delle deviazioni dall’equilibrio termico tra ioni ed elettroni, le deviazioni dall’equilibrio di ionizzazione e la composizione chimica del materiale che emette. Tali processi favoriscono ulteriormente la compressione dei frammenti dell’atmosfera stellare espulsi dalla supernova e che si espandono nel resto di supernova (gli ejecta). La struttura a buchi è quindi il risultato dell’interazione tra lo strato di mezzo interstellare e gli ejecta.
Il modello fisico presentato in questo studio, quindi, esclude la possibilità che le strutture a buchi osservate dal JWST si siano formate nello strato di mezzo interstellare prima dell’interazione con l’onda d’urto della supernova, a seguito di frammenti stellari espulsi ad altissima velocità dall’esplosione. Al contrario, tali strutture derivano dall’interazione con frammenti allungati, generati da instabilità idrodinamiche che si sviluppano tra l’onda d’urto diretta e il mezzo circumstellare.
Questo studio dimostra come modelli dettagliati, con un’adeguata risoluzione spaziale, siano essenziali per interpretare correttamente le osservazioni di telescopi di ultima generazione come il JWST, permettendo di comprendere a fondo i processi fisici in atto. Lo studio è descritto nell’articolo:
“Origin of holes and rings in the Green Monster of Cassiopeia A: Insights from 3D magnetohydrodynamic simulations“, pubblicato recentemente sulla rivista Astronomy and Astrophysics.
Descrizione della figura
L’immagine (cliccare qui per visualizzarla interamente) mostra uno dei modelli 3D che descrive l’interazione tra gli ejecta e il mostro verde, riproducendone le caratteristiche. Il codice colore rappresenta le diverse velocità e densità del materiale, come indicato nelle scale. Le aree indicate sono:
🔹 Shocked shell → Lo strato di materiale compresso dall’incidenza dell’onda d’urto.
🔹 Ejecta clump → I frammenti che stanno interagendo con lo strato.
🔹 Hole & Ring → Alcuni buchi nel mostro verde, con l’alone circostante, simili a quelli osservati dal JWST.
🔹 Reverse shock → L’onda d’urto inversa che sta investendo la regione interna del resto di supernova.
🔹 HD instability → L’instabilità idrodinamica che dà origine alla formazione dei frammenti allungati che interagiscono con il mostro verde.
La retta in basso indica una scala spaziale di 1 parsec (circa 3.3 anni luce).
Mario Giuseppe Guarcello
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