NASA:s Chandra X-ray Observatory har fångat många spektakulära bilder av kosmiska fenomen under sina två decennier av verksamhet, men den kanske mest ikoniska är supernovaresten Cassiopeia A.

Ligger cirka 11, 000 ljusår från jorden, Cas A (som det heter smeknamnet) är det glödande skräpfältet som lämnats kvar efter att en massiv stjärna exploderade. När stjärnan tog slut på bränsle, den kollapsade på sig själv och exploderade som en supernova, möjligen kortvarigt att bli ett av de ljusaste objekten på himlen. (Även om astronomer tror att detta hände runt år 1680, det finns inga verifierbara historiska uppgifter som bekräftar detta.)

Chockvågorna som genererades av denna explosion överladdade stjärnvraket och dess miljö, få skräpet att lysa starkt i många typer av ljus, speciellt röntgenstrålar. Strax efter att Chandra sköts upp ombord på rymdfärjan Columbia den 23 juli, 1999, astronomer riktade observatoriet att peka mot Cas A. Det var med i Chandras officiella "First Light"-bild, släpptes 26 augusti, 1999, och markerade ett avgörande ögonblick inte bara för observatoriet, men för området röntgenastronomi. Nära mitten av det invecklade mönstret av det expanderande skräpet från den krossade stjärnan, bilden avslöjades, för första gången, ett tätt föremål som kallas neutronstjärna som supernovan lämnade efter sig.

Sedan dess, Chandra har upprepade gånger återvänt till Cas A för att lära sig mer om detta viktiga föremål. En ny video visar utvecklingen av Cas A över tid, vilket gör det möjligt för tittarna att se hur otroligt het gas – cirka 20 miljoner grader Fahrenheit – i kvarlevan expanderar utåt. Dessa röntgendata har kombinerats med data från en annan av NASAs "Great Observatories, "rymdteleskopet Hubble, som visar känsliga trådstrukturer av kallare gaser med temperaturer på cirka 20, 000 grader Fahrenheit. Hubble-data från en enskild tidsperiod visas för att betona förändringarna i Chandra-data.

Videon visar Chandra-observationer av Cas A från 2000 till 2013. Under den tiden, ett barn kunde komma in på dagis och ta examen från gymnasiet. Även om förändringen kanske inte är lika uppenbar som en elev under samma period, det är anmärkningsvärt att se ett kosmiskt objekt förändras på mänskliga tidsskalor.

Det blåa, det yttre området av Cas A visar explosionens expanderande sprängvåg. Blastvågen består av stötvågor, liknar de ljudboom som genereras av ett överljudsflygplan. Dessa expanderande stötvågor producerar röntgenstrålning och är platser där partiklar accelereras till energier som når ungefär två gånger högre än den kraftfullaste acceleratorn på jorden, Large Hadron Collider. När sprängvågen färdas utåt med hastigheter på cirka 11 miljoner miles per timme, den möter omgivande material och saktar ner, genererar en andra chockvåg - kallad en "omvänd chock" - som går bakåt, liknande hur en trafikstockning åker baklänges från olycksplatsen på en motorväg.

Dessa omvända stötar observeras vanligtvis vara svaga och mycket långsammare i rörelse än sprängvågen. Dock, ett team av astronomer ledda av Toshiki Sato från RIKEN i Saitama, Japan, och NASA:s Goddard Space Flight Center, har rapporterat omvända stötar i Cas A som verkar ljusa och snabbrörliga, med hastigheter mellan cirka 5 och 9 miljoner miles per timme. Dessa ovanliga omvända stötar orsakas sannolikt av att sprängvågen möter materialklumpar som omger kvarlevan, som Sato och teamet diskuterar i sin studie från 2018. Detta gör att sprängvågen saktar ner snabbare, som återaktiverar den omvända stöten, gör det ljusare och snabbare. Partiklar accelereras också till kolossala energier av dessa inåtgående stötar, når cirka 30 gånger energin från LHC.

Denna färska studie av Cas A lägger till en lång samling Chandra-fyndigheter under loppet av teleskopets 20 år. Förutom att hitta den centrala neutronstjärnan, Chandra-data har avslöjat fördelningen av element som är avgörande för liv som kastas ut av explosionen (visas ovan), har konstruerat en anmärkningsvärd tredimensionell modell av supernovaresterna, och mycket mer.

Forskare skapade också ett historiskt register i optiskt ljus av Cas A med hjälp av fotografiska plattor från Palomar Observatory i Kalifornien från 1951 och 1989 som hade digitaliserats av programmet Digitized Access to a Sky Century @ Harvard (DASCH), belägen vid Centrum för Astrofysik | Harvard &Smithsonian (CfA). Dessa kombinerades med bilder tagna av rymdteleskopet Hubble mellan 2000 och 2011. Denna långsiktiga titt på Cas A gjorde det möjligt för astronomerna Dan Patnaude från CfA och Robert Fesen från Dartmouth College att lära sig mer om fysiken bakom explosionen och den resulterande kvarlevan från både röntgendata och optiska data.

Denna färska studie av Cas A lägger till en lång samling Chandra-fyndigheter under loppet av teleskopets 20 år. Förutom att hitta den centrala neutronstjärnan, Chandra-data har avslöjat fördelningen av element som är nödvändiga för liv som kastas ut av explosionen, ledtrådar om detaljerna om hur stjärnan exploderade, och mycket mer.