O Observatório de raios-X Chandra da NASA capturou muitas imagens espetaculares de fenômenos cósmicos ao longo de suas duas décadas de operações, mas talvez o mais icônico seja o remanescente de supernova Cassiopeia A.

Localizado a cerca de 11, 000 anos-luz da Terra, Cas A (como é apelidado) é o campo de destroços brilhantes deixado para trás após a explosão de uma estrela massiva. Quando a estrela ficou sem combustível, colapsou sobre si mesmo e explodiu como uma supernova, possivelmente brevemente se tornando um dos objetos mais brilhantes do céu. (Embora os astrônomos pensem que isso aconteceu por volta do ano de 1680, não há registros históricos verificáveis ​​para confirmar isso.)

As ondas de choque geradas por esta explosão sobrecarregaram os destroços estelares e seu ambiente, fazendo os detritos brilharem intensamente em muitos tipos de luz, particularmente raios-X. Pouco depois do Chandra ser lançado a bordo do Ônibus Espacial Columbia em 23 de julho, 1999, astrônomos direcionaram o observatório para apontar em direção a Cas A. Foi apresentado na imagem oficial "Primeira Luz" do Chandra, lançado em 26 de agosto, 1999, e marcou um momento seminal não apenas para o observatório, mas para o campo da astronomia de raios-X. Perto do centro do intrincado padrão de fragmentos em expansão da estrela quebrada, a imagem revelada, pela primeira vez, um objeto denso chamado estrela de nêutrons que a supernova deixou para trás.

Desde então, Chandra voltou repetidamente para Cas A para aprender mais sobre este importante objeto. Um novo vídeo mostra a evolução do Cas A ao longo do tempo, permitindo que os espectadores assistam enquanto um gás incrivelmente quente - cerca de 20 milhões de graus Fahrenheit - no remanescente se expande para fora. Esses dados de raios-X foram combinados com dados de outro dos "Grandes Observatórios da NASA, "o telescópio espacial Hubble, mostrando delicadas estruturas filamentares de gases mais frios com temperaturas de cerca de 20, 000 graus Fahrenheit. Os dados do Hubble de um único período de tempo são mostrados para enfatizar as mudanças nos dados do Chandra.

O vídeo mostra as observações de Chandra de Cas A de 2000 a 2013. Nesse período, uma criança pode entrar no jardim de infância e terminar o ensino médio. Embora a transformação possa não ser tão aparente quanto a de um aluno no mesmo período, é notável observar uma mudança de objeto cósmico nas escalas de tempo humanas.

O azul, região externa da Cas A mostra a onda de explosão em expansão da explosão. A onda de choque é composta de ondas de choque, semelhantes aos estrondos sônicos gerados por uma aeronave supersônica. Essas ondas de choque em expansão produzem emissão de raios-X e são locais onde as partículas estão sendo aceleradas a energias que atingem cerca de duas vezes mais altas do que o acelerador mais poderoso da Terra, o Grande Colisor de Hádrons. À medida que a onda de choque viaja para fora a velocidades de cerca de 11 milhões de milhas por hora, encontra o material circundante e desacelera, gerando uma segunda onda de choque - chamada de "choque reverso" - que viaja para trás, semelhante a como um engarrafamento se desloca para trás desde a cena de um acidente em uma rodovia.

Esses choques reversos são geralmente observados como fracos e com movimentos muito mais lentos do que a onda de choque. Contudo, uma equipe de astrônomos liderados por Toshiki Sato da RIKEN em Saitama, Japão, e Goddard Space Flight Center da NASA, relataram choques reversos em Cas A que parecem brilhantes e se movem rapidamente, com velocidades entre cerca de 5 e 9 milhões de milhas por hora. Esses choques reversos incomuns são provavelmente causados ​​pela onda de choque encontrando aglomerados de material ao redor do remanescente, como Sato e a equipe discutem em seu estudo de 2018. Isso faz com que a onda de choque diminua mais rapidamente, que reenergiza o choque reverso, tornando-o mais brilhante e rápido. As partículas também são aceleradas a energias colossais por esses choques que se movem para dentro, atingindo cerca de 30 vezes as energias do LHC.

Este estudo recente de Cas A adiciona a uma longa coleção de descobertas do Chandra ao longo dos 20 anos do telescópio. Além de encontrar a estrela de nêutrons central, Os dados do Chandra revelaram a distribuição dos elementos essenciais para a vida ejetados pela explosão (mostrado acima), construíram um modelo tridimensional notável do remanescente da supernova, e muito mais.

Os cientistas também criaram um registro histórico em luz óptica de Cas A usando placas fotográficas do Observatório Palomar, na Califórnia, de 1951 e 1989, que foram digitalizadas pelo programa Acesso digitalizado a Sky Century @ Harvard (DASCH), localizado no Centro de Astrofísica | Harvard &Smithsonian (CfA). Estes foram combinados com imagens tiradas pelo Telescópio Espacial Hubble entre 2000 e 2011. Este olhar de longo prazo em Cas A permitiu aos astrônomos Dan Patnaude do CfA e Robert Fesen do Dartmouth College aprender mais sobre a física da explosão e o remanescente resultante de dados de raios-X e ópticos.

Este estudo recente de Cas A adiciona a uma longa coleção de descobertas do Chandra ao longo dos 20 anos do telescópio. Além de encontrar a estrela de nêutrons central, Dados do Chandra revelaram a distribuição de elementos essenciais para a vida ejetados pela explosão, pistas sobre os detalhes de como a estrela explodiu, e muito mais.